面向联盟链转账隐私保护的⁺HomElG零知识证明协议

摘要

在联盟链转帐交易中，账本对联盟参与方是透明的，交易隐私保护是面临的最大挑战之一。针对联盟链隐私保护研究中保护账户余额、交易金额存在的交易合法性验证策略不完善、基础加密算法Paillier效率较低的问题，提出了一种面向联盟链转帐隐私保护的⁺HomElG零知识证明协议。基于PBFT构造了一种联盟链转账隐私保护应用，论述了同态加密的零知识证明的共识交互场景；通过⁺HomElG算法加密交易金额及账户余额，根据Σ协议设计密文的零知识证明；通过Fiat-Shamir算法的思想，设计了非交互式零知识证明的相等性证明、范围证明中交易的金额大于零和转账方余额不小于零等过程，并在DDH安全前提下证明它们具有正确性、完备性、零知识性。基于Hyperledger Fabric构建了一个联盟链转账隐私保护原型系统，测试结果验证了该协议在非交互式零知识证明条件下能实现保护账户余额、交易金额的密文交易；当密钥长度为3 072 bit，测试数据长度为12 bit的十进制整数时，⁺HomElG算法的效率是150.3 ms，交易金额相等、交易金额大于零以及交易余额不小于零等零知识证明过程的效率（证据生成和验证）分别是482.3、209.3和261.3 ms。测试结果表明，与现有协议相比，该协议的⁺HomElG算法的效率较高，相等性证明、范围证明等交易合法性验证策略更加完善和高效，满足联盟链转账交易隐私保护需求。

关键词

联盟链 / 零知识证明 / 隐私保护 / 同态加密 / ⁺HomElG

基金资助

陕西省重点研发计划项目（2019ZDLNY07-02-01）; 国家重点研发计划项目（2020YFD1100601）