如何全面控制区块链上数据的“读”权限

一）

社区经常有人问到一个问题：“怎么在合约里实现链上数据的读取权限？”

这样的需求背后，是开发者想把一些数据上链，让智能合约管理和运算，以达成业务上的共识，但又不希望数据公开可见，避免链上其他未授权参与者读取，导致信息泄露。

最直观的实现思路，就是在合约代码里写一段过滤逻辑，判断调用者满足某些条件（如在白名单里）才允许返回数据，否则拒绝。

 

我们设定一个案例：有一个积分联盟链，链上参与者有Alice、Bob、Carl、Dave等多方以及他们的家人，每个人的积分余额希望设定只有自己和家人可见，其他参与者不可见。

客户端通过区块链的应用级接口，发送请求到某个节点，调用智能合约的get方法查Bob的积分，智能合约写了权限控制逻辑，拒绝越权访问。

因为智能合约在每个节点上的运行逻辑是一致的，因此无论请求发往哪个节点，结果都一样。这看起来貌似没啥问题，但实际是否也是如此？

这里先说结论：这是个“治标不治本”的做法，并不能确保数据不泄露。

（二）

现在开始我们要用“多中心、去信任”的思维重新去审视这个案例。

我们先分析下：链上数据是怎么存储？在什么情况下会被泄露呢？

区块链网络节点分布在不同参与者的环境里，出于区块链的数据一致性特性，每个节点都持有一份完整的数据副本。无论这个数据库是LevelDB/RocksDB这样的文件型数据库，还是Mysql这样的关系型数据库，数据都会落到每个节点的数据库实例里。

也就是说Bob的积分余额，在所有的节点硬盘上都存了一份，在MySQL数据库工具里看，大概这个样子：

 

如果链上（小概率地）存在某个有点儿区块链技术经验的参与者，暗戳戳地怀揣“恶意”（也就是俗称的拜占庭玩家)，他可以用工具打开本地的数据库，直接查询Bob的余额。这样，用合约去防止数据泄露的控制逻辑就会完全被绕过。就这么简单。

 

另外，区块链的数据不仅与合约相关，还和交易记录密切相关。

在发送交易的时候，交易参数会包含一部分或全部数据（如Alice给Bob转账100），交易会打包进区块，最终也写入节点数据库里。

对区块和交易数据的查询一般不会用合约逻辑实现，于是，仅仅在合约里写过滤逻辑并无法防止这些数据的读取。拜占庭玩家可以在本地数据库里遍历区块数据，获取交易历史明细，从头到尾回放交易流水，得知现在Bob的余额是300。

 

从整个技术栈来看，拜占庭玩家用工具访问本地数据、遍历区块和交易都算是小意思了，他甚至可以修改区块链系统代码，从区块链网络接口、程序内存、智能合约引擎等层面切入，从协议包、区块、交易流水、合约上下文、状态数据等环节嗅探和拦截到明文数据，即使数据落盘是加密的，密钥也在节点持有人手里，他照样能解开。

所以，从区块链底层代码入手去控制读数据的权限，同样也是不管用的，毕竟开源的代码，谁都可以改，俗话说：“坏人会武术，谁都挡不住”，而懂技术的“坏人”更是无所不能、防不胜防。

总之，区块链强调“分享”和“一致性”，只要明文数据在链上广播，别人就有无数种方法去获取。无论是在合约层还是底层代码，几乎所有的读控制逻辑都像窗户纸一捅就破，像马其诺防线一样形同虚设。

（三）

看到这里，有人可能会问：读数据如此不设防，那区块链上的“写”权限还有意义吗？回答是：有的。

回到积分这个例子，我们设定Alice是积分管理员，她才能发起转移积分的交易，然后Bob也只接受Alice给自己的积分。转移积分的交易需要经过全网共识，所有共识节点会检查合约里写的规则，不符合就拒绝签名，越权交易无法得到共识，则数据不会被修改。

这时即使有少量的拜占庭节点，无论在本地节点怎么折腾，也篡改不了全网数据，参见《如何解释“我篡改了区块链”这个问题》。

“写”交易追求共识，所以客户端发交易（sendTransaction或sendRawTransaction）时，要打上数字签名，区块链系统验证签名，确认是哪个外部账户发过来的交易，可以进行严格地校验和准确地追溯。

“读”操作更强调共享，读数据的操作其实并不经过共识流程，在自己的节点翻翻数据就行了。通常区块链系统在读接口（call）并不用严格填写发送者，也无需打上数字签名，所以，在合约的读方法里判断外部账户，其实是无效的。

（四）

综合以上种种分析，可以得出结论：在链上实现读控制并不是简单的事情。

如果对读控制逻辑考虑不足，那么效果将是：你在自己的节点上读一下数据来测试验证，表象看起来OK，你以为岁月静好，却不知道在一个拜占庭玩家那里，数据已经被翻得底朝天了。

考虑到多方协作中的去信任化，追求数据共享、公开、透明的取向，一般来说，如果是关键的、不能泄露的敏感数据，一定要慎重上链，能上链的，一定是大家说好可以分享的“最大公约数”。

事实上很多区块链系统里的交易和余额等状态都是全网可见的，所谓的匿名性或隐私性，只是用公私钥和地址体系代替了明文账户，这个级别的“匿名”，在业务模型复杂且强调全面隐私的金融、政务等领域并不适用。

那么我们还有什么方法，在兼顾共享、透明、开放的同时，适当地控制数据可见性呢？

第一个思路是与链外治理结合，约定责权利边界。我在合约、接口层面做好权限设计和实现，保证在我的业务系统里不泄露数据，我的区块链应用层、展示界面、报表、日志、数据库等环节都不会被越权访问，消除我内部操作风险。

至于别人的节点，我管不着，那是他们的责任，谁泄露滥用数据，就重罚谁（取证、举证其实挺难的）。这种逻辑其实有点“各扫门前雪”的意思，在这种模式下，我的敏感数据还是不能上链给到别人。

第二个思路是引入密码学。这里举几个例子。

非对称加密：上链的数据用接受方的公钥加密，则只有接收方才能用自己的私钥解开。

密码信封：上链数据采用某个口令加密，口令通过链外信道给到接收方，只有知道口令的接收方才能解密。

属性加密：数据采用属性加密算法进行加密，符合指定属性（如具备管理员属性）的才能解密。这些方案的考量在于运算、传输、存储的开销都会大一点，另外加密的数据不支持明文运算，难以实现复杂的业务合约逻辑。还要注意的是，即使加了密，本质上数据的全部信息还是都上链了，随着时间推移，计算能力和算法（如量子密码）的进化，存在被暴力破解的可能性，或者因为密钥泄露/太简单被猜到，链上的数据又无法撤回，就有被昭告天下的风险。

第三个思路是仅摘要上链，数据明文根本就不上链。

其实，区块链的作用并不一定是全面掌握数据和执行复杂的业务规则，而是凭借多方见证的公信力，验证数据的准确性、完整性，并起到存证和追溯的作用，事实上现阶段很多区块链系统主要是这么个逻辑，客观上已经能起到信任的锚点作用。

如果需要明文数据，再通过摘要里的寻址信息去链外系统获取数据，在这个环节上做精细的权限控制，并和链上摘要进行互验。

但，数据不上链还是有点不甘心呀，区块链这么创新的理念，智能合约这么强大的功能，怎么充分发挥呢？

这就要讲到隐私计算了，包括但不限于零知识证明、同态加密、安全多方计算、联邦学习等一系列重武器，可以做到隐秘数据、身份的同时，对加密数据进行加减乘除运算、逻辑运算、排序、统计分析，更进一步还可以做到“前台匿名，后台可审计”的效果，以符合监管合规要求。这就是在区块链上实现“可用不可见”的最终奥义。

限于篇幅，这里不展开隐私计算的细节，可以参考WeDPR隐私保护相关的开源场景方案，尤其是其中的几个场景，如VCL区块链可验证密文账本，可以用于解决前面提到的积分案例里的一些隐私问题。

WeDPR隐私保护相关开源场景方案：

https://fintech.webank.com/wedpr/

VCL区块链可验证密文账本：

https://sandbox.webank.com/wedpr/confidentialpayment/#/start

结语

本来只是想聊聊“怎么写合约读权限”这样一个小问题，结果变成了长篇。

其实面对区块链编程和开发时，真的不能像写单机或集群软件那样考虑问题，而要充分考量多方参与、去信任环境下的协作关系，在共享、透明、可追溯的基本哲学之上，关注隐私保护诉求，掂量数据的重要性和敏感性，再深入到技术栈，考虑各种算法的功效和成本、综合现在和未来的风险和收益以选择合适策略，这样才能全面保护数据和隐私，安全地发展业务，维护自身和用户权益。

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