一种基于区块链的逆向密封电子拍卖方法

本发明属于隐私保护计算，特别是涉及到一种基于区块链的逆向密封电子拍卖方法。

背景技术：

1、拍卖是一项古老的经济活动，最早可以追溯到古巴比伦王国时期，经过了经济学家不断改造，拍卖已经成为一种为难以定价的商品或服务进行交易的有效手段。特别是伴随着电子商务的发展，电子拍卖作为传统拍卖的在线应用形式逐渐出现在日常生活中，电子拍卖相对传统拍卖具有不受地域和时间限制、支持大规模参与者和公开公正可验证等优点，成为近年来最受欢迎的电子商务应用形式。按照拍卖投标是否公开，拍卖可以被分为公开竞价拍卖和密封拍卖两种形式，它们的区别在于密封拍卖未获胜的投标值不向任何参与者公开；按照服务或商品提供方的不同，拍卖可以被分为正向拍卖和逆向拍卖，其中逆向拍卖是指若干买方作为服务或商品提供方，卖方选择若干买方中投标价格最低的买方作为获胜者。然而，目前的密封电子拍卖方法多存在效率和数据隐私问题，并且使用场景多集中在正向拍卖。如何设计同时满足高效率、隐私需求和逆向场景的拍卖方法是亟待解决的问题。

2、公开(公告)号为cn112950338a的专利《基于区块链的密封竞价域名拍卖方法》通过承诺和揭示两个过程对域名资源进行密封竞价拍卖。该方法先后通过承诺上链和揭示承诺保证拍卖中投标的密封性，并通过二进制和环签名技术将投标价格进行转换。但是该方法只在投标过程中保护了投标隐私，在本轮拍卖结束后会泄露投标价格，不能完全的实现密封竞价。此外，该方法需要大量的承诺生成和承诺验证操作，导致执行效率不理想。

3、公开(公告)号为cn108805602a的专利《一种基于区块链的买方逆向定价方法与系统》通过第一客户端和第二客户端的互相配合实现逆向定价，通过建议价格和浮动价格方法避免了中心化的系统管理平台对买卖双方交易的控制,但是该专利的目标是实现拍卖的逆向定价，并不针对整个拍卖流程实现隐私保护和组织。

4、公开(公告)号为cn115131114a的专利《基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法》通过区块链的智能合约对用电权进行双边拍卖，对投标量进行出清、匹配及校核，该发明通过中继装置实现用户与区块链的交互，实现买卖双边的自动化用电权交易。但是该专利的目标是实现面向用电权的双边拍卖，并不关注到对投标隐私的保护。

5、上述工作是使用密态运算或秘密共享向拍卖商共享秘密信息，并利用多种安全多方计算方法对密文进行密态运算，最终确定拍卖的获胜者。但是这些技术存在如下的问题：(1)效率低，只能适用于小规模的用户群，当用户数量增加时处理时间过长，运算时间不在可接受范围内。(2)不能完全保护投标的安全，一些中间数值并没有得到保护，参与者可以利用自己掌握的信息推断出未获胜者的隐私，会带来隐私泄露。(3)仅仅关注正向拍卖，现有方案并不能扩展到逆向拍卖场景中。

技术实现思路

1、为解决上述问题，为解决上述问题，本发明提出了一种基于区块链的逆向密封电子拍卖方法，利用区块链智能合约技术作为可信拍卖商，并使用同态加密技术保护投标隐私。此外，方法主要面向逆向拍卖设计，但是可以简单的扩展到正向拍卖和其他密封拍卖应用。整个方法分为四个部分：首先是初始化阶段，卖方负责公布拍卖的标的信息和同态加密公钥，智能合约负责公布拍卖的开始结束时间和连续邮资面值数组；其次是投标阶段，买方接收到标的信息后，如果对当前标的有拍卖意向，就确定尽可能低的投标价格，执行拆分和加密算法后发送给智能合约投标；然后是混淆阶段，智能合约收集来自买方的投标，整理为投标矩阵后为添加噪声隐藏真实值；最后是揭示阶段，智能合约在卖方的配合下找出拍卖的获胜者。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种基于区块链的逆向密封电子拍卖方法，该方法包括如下步骤：

3、(1)初始化：买方和卖方需要先向区块链进行账号注册与准入审核，其次卖方负责向区块链公布拍卖的标的信息和同态加密公钥，最后智能合约负责向区块链公布拍卖的开始结束时间和连续邮资面值数组；

4、(2)投标：买方接收到标的信息后，如果对当前标的有拍卖意向，就确定尽可能低的投标价格，执行拆分和加密算法后发送给智能合约投标；

5、(3)混淆：智能合约收集来自买方的投标得到投标矩阵，再按列为投标矩阵添加噪声隐藏原始值，得到混淆矩阵；

6、(4)揭示：智能合约将混淆矩阵按列发送给卖方，卖方利用同态加密私钥解密后返回给智能合约，两者配合获得拍卖的获胜者；

7、作为本发明的进一步改进，所述的步骤(1)，主要分为以下三个步骤：

8、(1.1)所述的买方和卖方需要先向区块链进行账号注册与准入审核，目的是拍卖的参与者必须有区块链的许可才能参与后续的拍卖。

9、(1.2)所述的卖方向区块链公布信息，具体是卖方确定下进行拍卖的标的信息和最高投标价格，再生成一对同态加密公私钥，将标的信息、最高投标价格和同态加密公钥写入区块链。

10、(1.3)所述的智能合约向区块链公布信息，具体是指智能合约接收到区块链更新的信息后，利用连续邮资算法生成连续邮资面值数组，再确定拍卖的开始结束时间，向区块链公布拍卖的开始结束时间和连续邮资面值数组。

11、作为本发明的进一步改进，所述的步骤(2)，主要分为以下两个步骤：

12、(2.1)所述的确定投标价格是指买方接收到步骤(1)中卖方发布的标的信息后，如果对当前标的有拍卖意向，就根据自身的预算确定尽可能低的投标价格以在拍卖中取得优势。并得到步骤(1)中公布的连续邮资面值数组，以贪心的策略利用连续邮资面值数组将投标价格拆分，得到拆分数组。

13、(2.2)所述的加密，具体是指得到步骤(2.1)的拆分数组后，利用步骤(1)中智能合约公布的同态加密公钥，对拆分数组每一个元素执行加密后得到加密投标发送给智能合约。

14、作为本发明的进一步改进，所述的步骤(3)，主要分为以下两个步骤：

15、(3.1)所述的智能合约收集来自买方的所有加密投标，是指解密所有买方发送的加密投标，再将所有解密后的投标信息整合为一个投标矩阵。

16、(3.2)所述的为投标矩阵添加同态噪声，具体是指智能合约需要为投标矩阵的每一列的所有元素添加统一的同态噪声以隐藏原始值，添加完成后得到混淆矩阵。

17、作为本发明的进一步改进，所述的步骤(4)，主要分为以下两个步骤：

18、(4.1)所述的智能合约将混淆矩阵按列发送给卖方，具体是指智能合约首先将所有参与者设为潜在获胜者，再逐列的将混淆矩阵发送给卖方解密，卖方会返回此列最大值的买方序号，智能合约根据返回值更新潜在获胜者。如果遍历到混淆矩阵结尾或潜在获胜者只有1位参与者，拍卖的获胜者就是目前的潜在获胜者。

19、(4.2)所述的卖方利用同态加密私钥解密，具体是指卖方将步骤(1)产生的同态加密私钥作为密钥，将从智能合约的得到的混淆列解密，解密后找出最大值所对应的买方序号返回给智能合约。

20、本发明提供一种基于区块链的逆向密封电子拍卖方法，具体优点如下：

21、(1)方案的可扩展性好，对于小规模拍卖群体到大型群体都可以适用。除了步骤(4)的揭示阶段外，所有操作都可以在每个节点并行的执行，降低了时间的消耗。最后的揭示阶段计算时间只受投标参与者数量和的影响，其计算时间的增长趋势在可接受范围内。

22、(2)可以保护投标的安全，整个过程中只有此轮拍卖的获胜投标值会被所有参与者知晓，除此之外所有的参与者不能通过直接或间接计算的方式获得其他未获胜投标者的标的信息，做到了完全的隐私密封投标。

23、(3)方案的目标用途是类似于建筑招标的逆向拍卖，适用于一个卖方多个买方的场景。此外，本发明简单的扩展到正向拍卖和其他密封拍卖应用，可以满足多种场景。