隐私保护¶

隐私保护是联盟链的一大技术挑战。为了保护链上数据、保障联盟成员隐私，并且保证监管的有效性，FISCO BCOS以预编译合约的形式集成了同态加密、群/环签名、以及零知识证明，从多个维度，在不影响可用性的情况下保护联盟隐私。

同态加密¶

算法简介¶

同态加密(Homomorphic Encryption)是公钥密码系统领域的明珠之一，已有四十余年的研究历史，由于其绝妙的密码特性以及并不友好的计算复杂度，一直让研究者们和业界人士又爱又恨，欲罢不能。

同态加密本质是一种公钥加密算法，即加密使用公钥pk，解密使用私钥sk；
同态加密支持密文计算，即采用相同公钥加密生成的两个密文可以计算f( )操作，生成的新密文解密后恰好是两个原始明文计算f( )操作后的结果；
同态加密公式描述如下：

$C1=Encryption(m1, pk)$

$C2=Encryption(m2, pk)$

$C3=Homomorphic(C1, C2, f(), pk)$

$Decryption(C3, sk) = f(m1, m2)$

FISCO BCOS采用的是paillier加密方案，支持加法和数乘同态。选择该方案主要有两个原因：首先，隐私模块中同态功能所辅助的业务场景简单，只需要进行资产的转移；另外，不宜在合约中实现太过复杂的计算逻辑，会大幅度降低联盟链性能。基于功能和性能的平衡，paillier这种轻量级的加同态算法自然成了首选。

应用场景¶

就目前而言，区块链是同态加密落地的一大应用方向。在联盟链中，不同的业务场景需要配套不同的隐私保护策略。对于强隐私的业务，比如金融机构之间的对账，链上数据则不适合以明文的形式存储，因此，对资产数据进行加密是很有必要的。加密虽然提高了数据的机密性，但也大大降低了数据的可用性，比如该怎样处理加密资产的增减，同态加密便是一种公认的行之有效的加密计算技术。在FISCO BCOS中，用户可以通过客户端调用同态加密算法对资产进行加密，共识节点执行交易的时候调用隐私模块的同态加密预编译合约，并计算资产增减后的结果。

群签名¶

算法简介¶

群签名(Group Signature)是一种能保护签名者身份的具有相对匿名性的数字签名方案，用户可以代替自己所在的群对消息进行签名，而验证者可以验证该签名是否有效，但是并不知道签名属于哪一个群成员。同时，用户无法滥用这种匿名行为，因为群管理员可以通过群主私钥打开签名，暴露签名的归属信息。群签名的特性包括：

匿名性：群成员用群参数产生签名，其他人仅可验证签名的有效性，并通过签名知道签名者所属群组，却无法获取签名者身份信息；
不可伪造性：只有群成员才能生成有效可被验证的群签名；
不可链接性：给定两个签名，无法判断它们是否来自同一个签名者；
可追踪性：在监管介入的场景中，群主可通过签名获取签名者身份。

应用场景¶

场景1：机构内成员（C端用户）通过客户端groupsig-client访问机构内群签名服务，并在链上验证签名，保证成员的匿名性和签名的不可篡改，监管也可通过群主（可信机构，如webank）追踪签名者信息（如拍卖、匿名存证等场景）。
场景2：机构内下属机构各部署一套群签名服务，通过上级联盟链机构成员，将签名信息写到区块链上，链上验证群签名，保证签名的匿名性和不可篡改；（如征信等场景）。
场景3：B端用户部署群签名服务，生成群签名，通过AMOP将签名信息发送给上链机构(如groupsig-client)，上链机构将收集到的签名信息统一上链（如竞标、对账等场景）。

环签名¶

算法简介¶

环签名(Ring Signature)是一种特殊的群签名方案，但具备完全匿名性，即不再存在管理员这个角色，所有成员可主动加入环，且签名无法被打开。环签名的特性包括：

不可伪造性：环中其他成员不能伪造真实签名者签名；
完全匿名性：没有群主，只有环成员，其他人仅可验证环签名的有效性，但没有人可以获取签名者身份信息。

应用场景¶

场景1（匿名投票）：机构内成员（C端用户）通过客户groupsig-client访问机构内环签名服务，对投票信息进行签名，并通过可信机构（如webank）将签名信息和投票结果写到链上，其他人可验证签名和投票，仅可知道发布投票到链上的机构，却无法获取投票者身份信息。
场景2（匿名存证、征信）：场景与群签名匿名存证、征信场景类似，唯一的区别是任何人都无法追踪签名者身份。
场景3（匿名交易）：在UTXO模型下，可将环签名算法应用于匿名交易，任何人都无法追踪转账交易双方。

启用方法¶

由于隐私模块是通过预编译合约实现，并且默认配置为不启用，因此要启用这些功能需要重新编译源码，并开启CRYPTO_EXTENSION编译选项。步骤如下：

安装依赖

不同操作系统命令略有差异，详见技术文档安装依赖部分的介绍。
克隆代码

git clone https://github.com/FISCO-BCOS/FISCO-BCOS.git

编译

cd FISCO-BCOS
git checkout feature-paillier
mkdir -p build && cd build
# 开启隐私模块编译选项，CentOS请使用cmake3
cmake -DCRYPTO_EXTENSION=ON ..
# 高性能机器可添加-j4使用4核加速编译
make 

搭建联盟链

假设当前位于FISCO-BCOS/build目录下，则使用下面的指令搭建本机4节点的链指令如下，更多选项参考这里。

bash ../tools/build_chain.sh -l "127.0.0.1:4" -e bin/fisco-bcos

调用方式¶

一. 声明接口¶

隐私模块的代码和用户开发的预编译合约放在一起，位于FISCO-BCOS/libprecompiled/extension目录，因此隐私模块的调用方式和用户开发的预编译合约调用流程一模一样，不过有两点需要注意：

已为隐私模块的预编译合约分配了地址，无需另行注册。隐私模块实现的预编译合约列表以及地址分配如下：

地址	功能	源码
0x5003	同态加密	PaillierPrecompiled.cpp
0x5004	群签名	GroupSigPrecompiled.cpp
0x5005	环签名	RingSigPrecompiled.cpp
0x5006	零知识证明	ZKsnarkPrecompiled.cpp

需要通过solidity合约方式声明隐私模块预编译合约的接口，合约文件需保存在控制台合约目录console/contracts/solidity中，各个隐私功能的合约接口如下，可直接复制使用:

同态加密

// PaillierPrecompiled.sol
pragma solidity ^0.4.24;
contract PaillierPrecompiled{
    function paillierAdd(string cipher1, string cipher2) public constant returns(string);
}

群签名

// GroupSigPrecompiled.sol
pragma solidity ^0.4.24;
contract GroupSigPrecompiled{
		function groupSigVerify(string signature, string message, string gpkInfo, string paramInfo) public constant returns(bool);
}

环签名

// RingSigPrecompiled.sol
pragma solidity ^0.4.24;
contract RingSigPrecompiled{
     function ringSigVerify(string signature, string message, string paramInfo) public constant returns(bool);
}

零知识证明

// ZKsnarkPrecompiled.sol
pragma solidity ^0.4.24;
contract ZKsnarkPrecompiled{
    function 待定义;
}

¶

二. 调用预编译合约¶

2.1通过控制台调用¶

使用编译出的二进制搭建节点后，部署控制台v1.0.2以上版本，以调用同态加密为例，执行下面语句即可:

// 在console目录下启动控制台
bash start.sh
// 调用合约
call PaillierPrecompiled.sol 0x5003 paillierAdd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
// 返回结果
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2.2 通过solidity合约调用¶

以调用同态加密为例，通过在solidity合约中创建预编译合约对象并调用其接口，在控制台console/contracts/solidity创建CallPaillier.sol文件，文件内容如下:

// CallPaillier.sol
pragma solidity ^0.4.24;
import "./PaillierPrecompiled.sol";

contract CallPaillier {
    PaillierPrecompiled paillier;
    function CallPaillier() {
        // 调用PaillierPrecompiled预编译合约
        paillier = PaillierPrecompiled(0x5003); 
    }
    function add(string cipher1, string cipher2) public constant returns(string) {
        return paillier.paillierAdd(cipher1, cipher2);
    }
}

部署CallPaillier合约，然后调用CallPaillier合约的接口，结果如下 :

../../_images/callpaillier.png

三. 调用群/环签名完成服务¶

FISCO BCOS为用户提供了完整的群/环签名服务，可通过签名客户端实现群和环的创建、签名生成、签名上链以及链上验证等功能，具体操作方法请参阅客户端指南。