本文由Junqi Lia、Chunhao Wangb和Qilong Yuc*三位作者共同撰写，他们均来自中国秦皇岛东北大学计算机与通信工程学院。该研究发表于2023年第三届计算机科学与区块链国际会议（CCSB），并由IEEE出版。论文题为《基于去中心化预言机网络的可信数据共享方案》，探讨了在数字经济快速发展的背景下，如何通过区块链和去中心化预言机网络（Decentralized Oracle Network, DON）技术解决传统数据共享方案中的集中化、安全性和空间效率问题。
随着数字化转型和大数据的迅猛发展，数据共享成为数字经济的核心。然而，传统的数据共享方案通常依赖于集中化的平台，这种模式存在单点故障、数据隐私泄露和存储效率低下等问题。特别是在数据量激增的背景下，集中化平台的局限性愈发明显，亟需一种去中心化的、可信的数据共享方法。本文的研究动机正是为了解决这些问题，提出一种基于区块链和去中心化预言机网络的可信数据共享模型，结合阈值签名（Threshold Signature）和同态加密（Homomorphic Encryption）技术，提升数据的可靠性和安全性。
本文的研究流程包括以下几个关键步骤：
私有区块链的构建
区块链技术最初由比特币（Bitcoin）引入，随后以太坊（Ethereum）的智能合约技术进一步推动了其发展。本文采用私有区块链（Private Blockchain），相较于公有链，私有链更注重隐私、权限控制和定制化。通过使用Geth客户端搭建区块链节点集群，并采用POA（Proof of Authority）共识机制，确保交易的可信性。
去中心化预言机网络（DON）的引入
区块链本身无法直接与外部数据交互，这限制了其应用范围。本文通过引入去中心化预言机网络（DON），利用智能合约实现链下数据与链上数据的可信传输。DON通过分布式系统和阈值签名算法确保数据的安全性和可靠性。
智能合约的设计与部署
为了确保方案的完整性，本文部署了多个智能合约，包括LinkToken合约、Operator Console合约和DataConsumer数据获取合约。这些合约共同协作，确保用户能够通过智能合约与数据进行交互，并实现数据的请求、传输和验证。
阈值签名方案（Threshold Signature Scheme, TSS）的应用
阈值签名方案是本文的核心技术之一。该方案通过分布式密钥生成协议（Pedersen DKG）生成全局公钥和子密钥对，确保数据在传输过程中的完整性和可验证性。签名生成、验证和奖励机制的设计进一步增强了系统的安全性。
同态加密（Homomorphic Encryption）的评估
同态加密技术允许在加密数据上进行计算，而无需先解密数据。本文采用Paillier同态加密算法，确保数据在传输和计算过程中的机密性。通过对加密和解密时间的测试，验证了该算法的高效性和安全性。
本文通过实验验证了所提出方案的有效性。具体结果如下：
Paillier同态加密算法的效率测试
经过五轮测试，Paillier算法的平均加密时间为9.78秒，解密时间为7.36秒，加密时间比解密时间长2.41秒。
数据聚合方案的效率测试
本文对比了链上和链下数据聚合方案的效率。测试结果显示，链下方案的平均聚合时间为8.87秒，比链上方案的14.62秒快5.75秒，表现出更好的稳定性和性能。
方案的优势与局限性
本文提出的方案在确保数据完整性、提升链上链下数据协作效率、保障数据机密性等方面具有显著优势。然而，方案也存在一些局限性，例如在多源数据场景下的灵活性不足、API暴露风险以及同态加密效率较低等问题。
本文提出的基于区块链和去中心化预言机网络的可信数据共享方案，具有重要的科学价值和应用前景。首先，该方案通过区块链的不可篡改性和去中心化特性，确保了数据的完整性和安全性。其次，通过引入阈值签名和同态加密技术，进一步提升了数据的隐私保护和传输效率。此外，该方案在跨链数据共享、金融数据共享和物联网数据共享等领域具有广泛的应用潜力。
创新的技术组合
本文首次将区块链、去中心化预言机网络、阈值签名和同态加密技术相结合，提出了一种全新的可信数据共享模型。
高效的链下数据聚合方案
通过阈值签名算法，本文提出的链下数据聚合方案在效率和稳定性上显著优于传统的链上方案。
广泛的应用场景
该方案不仅适用于通用数据共享，还可以推广到跨链数据共享、金融数据共享和物联网数据共享等领域。
针对现有方案的局限性，本文提出了未来的改进方向，包括统一数据结构和类型协议、开发专属适配器以隐藏API、以及采用更高效的同态加密算法等。这些改进将进一步提升方案的安全性和实用性。
本文通过创新的技术组合和系统设计，提出了一种高效、安全的可信数据共享方案。该方案不仅解决了传统数据共享中的集中化和安全性问题，还为未来的数据共享应用提供了新的思路和技术支持。随着区块链技术的不断成熟，该方案有望在更多领域得到推广和应用。