26、区块链平台金融安全标准的应用

最新推荐文章于 2025-12-09 18:01:04 发布

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分类专栏：区块链安全与隐私探秘文章标签：区块链智能合约 PA-DSS

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区块链平台金融安全标准的应用

1. 引言

在数字时代，法律责任无论是在理论还是实践上都日益动态化。传统的纸和笔已演变为代码行，随着各行业对技术的适应，法律合同也发生了转变。合同的定义本质上仍是双方基于条款达成的、有价值交换的协议，其目的是通过约束双方遵守规则来保护各自利益。

随着世界向数字化时代过渡，智能合约应运而生，逐渐取代了过去繁琐的法律协议。智能合约最早由尼克·萨博（Nick Szabo）在1997年提出，他以人类与自动售货机的交互为例，说明智能合约的基本功能：根据设定的条件，确保数据的交换。萨博设想智能合约能在各行业广泛应用，但他更关注其大规模实施的盈利性和可行性。他认为，每个智能合约都应具备与其执行过程相匹配的安全保障措施，这些措施既不能过度也不能不足，就像自动售货机的锁一样，不能影响其盈利。2002年，萨博进一步制定了设计智能合约的指导原则，为合约的创建，尤其是审计方面提供了参考。

如今，智能合约基于区块链技术构建，所有加密货币，如比特币，都依赖于区块链。区块链实现了信息在网络中的去中心化存储，与传统的集中式网络不同，它没有单一的故障点，也能有效防止数据被恶意篡改。在区块链平台上，账户管理通常注重隐私保护，以确保用户在分布式网络中的匿名性。然而，从网络安全的角度来看，智能合约在认证、通信和执行方面仍面临挑战。由于集中式和分布式网络的实现方式不同，其安全策略也有所差异。分布式平台可能需要额外的措施来验证具有法律约束力的协议、确保分布式网络中的隐私以及实现商品的安全交易。

近年来，智能合约和区块链技术越来越受欢迎，在商业优化和灾难恢复等领域提供了新的解决方案。但随着行业的广泛应用，特别是在支付卡行业（PCI）、医疗保健等处理用户隐私数据的领域，保护用户隐私变得至关重要。因此，希望应用于企业环境的智能合约平台必须符合或超越特定的安全标准，这些标准通常基于行业最佳实践。由于区块链上的区块具有不可更改性，一旦智能合约出现安全漏洞，修复起来比集中式系统更加困难，往往需要停用并替换整个合约。

为了确保智能合约平台的数据安全，需要进行适当的审计和合规性检查。本文将提供一种分析智能合约平台安全性的方法，通过应用安全框架和风险评估框架，对平台实施的安全控制和机制进行分类和分析，以确定其合规性。同时，为了满足区块链支付系统的需求，我们将对支付应用数据安全标准（PA - DSS）进行调整，并以QTUM和以太坊这两个智能合约平台为例进行分析。QTUM可跨多设备运行，旨在解决区块链系统与商业世界之间的存储复杂性问题，为企业环境采用智能合约系统提供解决方案。以太坊则是一个拥有大量用户的流行智能合约平台，其结构化的智能合约语言使其非常适合商业应用。

2. 智能合约、区块链交易模型与支付应用数据安全标准

2.1 智能合约剖析

智能合约基于区块链技术运行，区块链作为分布式账本，记录和维护所有交易信息。与传统的集中式网络不同，区块链的数据存储在网络中的每个参与节点上，没有单一的故障点，也难以成为攻击目标。区块链的不可更改性使其成为存储永久数据的理想平台，智能合约就是其中之一。

智能合约是实现交易自动化的机制。例如，两个人通过智能合约达成房屋买卖协议，一旦协议达成，系统将根据合约自动完成房屋产权和资金的转移。合约存储在区块链上，确保了其不可更改性和真实性，无论双方是否相互信任。智能合约的实现方式多种多样，不同的实现方式提供了不同程度的隐私和安全保障。

2.2 区块链交易模型

智能合约相比传统合约，提供了自动化交易，减少了管理成本。区块链交易主要通过两种模型实现：未花费交易输出模型（UTXO）和基于账户的模型。

未花费交易输出模型（UTXO） ：由中本聪在2008年提出，是比特币采用的交易模型。UTXO为每笔交易分配唯一标识符，这些标识符作为交易的输入和输出。在这种模型下，用户账户不直接关联个人信息，因此具有一定的匿名性。UTXO的交易步骤如下：
1. 用户1发送货币。这可能是一笔单一金额的交易，也可能是多笔小额交易的总和。例如，用户1需要发送5.5个货币单位，他可以分别发送1、4和0.5个单位。
2. 所需的交易金额被发送到用户2，并生成一个与输入值不同的唯一输出值。这是UTXO模型的关键步骤，通过不同的状态标识确保每笔交易的独特性。
3. 如果用户1发送的金额超过所需交易金额，将收到找零。找零的输出值与输入值不同。
基于账户的模型 ：类似于传统的银行系统，用户拥有账户，在账户余额充足的情况下可以进行交易。该模型需要一个可信的第三方来维护账户信息，这在一定程度上牺牲了去中心化的特性，也限制了交易的隐私性。基于账户的模型的交易步骤如下：
1. 账户1发送货币（如10 eth）。
2. 账户2接收货币（10 eth）。
3. 交易前账户处于前一个状态，交易完成后账户进入下一个状态。

这两种交易模型各有优缺点。UTXO模型的优势在于其匿名性，它不依赖账户信息，更像自动售货机一样处理货币交易。但缺点是交易过程较为复杂，需要更多的计算来处理输入和找零。基于账户的模型则更简单，类似于现代银行的操作方式，通过验证账户余额来执行交易。然而，由于账户之间可以通过交易关联，其匿名性受到质疑。不同的区块链技术会根据自身目标选择合适的交易模型。

2.3 支付应用数据安全标准（PA - DSS）

支付应用数据安全标准（PA - DSS）最初于2008年以支付应用最佳实践（PABS）的形式发布，目前由美国运通、发现金融服务、JCB国际、万事达卡和Visa等五大全球支付品牌共同管理。该标准主要针对第三方支付应用，因为这些应用通常会分发给多个供应商，其系统并非为单一组织定制。

PA - DSS标准自2008年发布以来经历了多次迭代，我们选择使用2013年发布的3.0版本，因为当前的3.2版本与3.0版本相比变化较小。该标准的3.0版本包含多个主要要求类别，每个类别下有具体的标准数量，具体如下表所示：
| 主要要求 | 标准数量 |
| — | — |
| 1. 不保留完整的磁道数据、卡验证代码或值（CAV2、CID、CVC2、CVV2）或PIN块数据 | 5 |
| 2. 保护存储的持卡人数据 | 7 |
| 3. 提供安全的认证功能 | 3 |
| 4. 记录支付应用活动 | 2 |
| 5. 开发安全的支付应用 | 4 |
| 6. 保护无线传输 | 3 |
| 7. 测试支付应用以解决漏洞并维护应用更新 | 2 |
| 8. 促进安全的网络实施 | 3 |
| 9. 持卡人数据不得存储在连接互联网的服务器上 | 1 |
| 10. 促进对支付应用的安全远程访问 | 2 |
| 11. 加密公共网络上的敏感流量 | 2 |
| 12. 加密所有非控制台的管理访问 | 2 |
| 13. 为客户、经销商和集成商维护PA - DSS实施指南 | 1 |
| 14. 为人员分配PA - DSS职责，并为人员、客户、经销商和集成商维护培训计划 | 3 |

任何支付应用都在PA - DSS标准的范围内，无论采用何种技术。区块链平台在大多数情况下可被视为支付系统，且通常由第三方开发，因此理论上应遵循PA - DSS标准。我们将该标准作为支付应用安全最佳实践的指南，区块链平台也不例外。

3. 区块链的安全问题

区块链作为一种数字系统，存在漏洞和安全隐患，容易被攻击利用。由于该技术仍处于发展初期，不断在探索新的安全运行方式。不同的区块链由于采用的机制不同，面临的挑战也有所差异。例如，以太坊采用基于账户的交易模型，与比特币可能面临不同的安全问题。区块链的安全问题主要可分为三类：用户匿名性、交易隐私和合约软件保障。这些问题相互关联，对区块链系统的整体安全至关重要。

3.1 用户安全

用户安全一直是区块链系统关注的焦点。多年来，人们一直在探讨如何为区块链交易提供足够的匿名性。区分用户隐私与其他安全类别有助于明确该领域的研究方向。区块链的目标，特别是比特币的未花费交易输出（UTXO）模型，是为不信任的双方提供安全的交易机制。因此，用户信息的保护至关重要，这也是区块链社区关注的核心问题之一，许多不同的区块链就是为了满足用户对隐私的不同需求而产生的。

一些研究致力于改进比特币平台的隐私保护。例如，有研究聚焦于UTXO模型，提出改进措施以防止交易的源和目的地知晓交易双方的身份，从而避免用户信息被泄露。然而，也有研究指出区块链交易系统存在漏洞。例如，通过网络流量分析可以确定与比特币账户关联的IP地址，这严重威胁了比特币平台的匿名性。

在分布式平台上，用户隐私是必不可少的，不能被忽视。账户隐私与交易安全密切相关，因为每笔交易通常都与特定用户相关。随着智能合约的广泛应用，用户的安全和隐私保护变得更加重要。

以下是UTXO和基于账户模型的交易流程对比：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(UTXO模型):::process
    A --> C(基于账户模型):::process
    B --> B1(User 1发送货币):::process
    B1 --> B2(发送到User 2并生成唯一输出值):::process
    B2 --> B3{是否需要找零?}:::decision
    B3 -->|是| B4(User 1收到找零):::process
    B3 -->|否| B5([结束]):::startend
    B4 --> B5
    C --> C1(Account 1发送货币):::process
    C1 --> C2(Account 2接收货币):::process
    C2 --> C3(更新账户状态):::process
    C3 --> C4([结束]):::startend

综上所述，区块链在用户安全、交易模型和安全标准等方面都有其独特的特点和挑战。在未来的发展中，需要不断探索和改进，以提高区块链系统的安全性和可靠性。

3.2 交易隐私

交易隐私是区块链安全的另一个重要方面。在区块链中，每一笔交易都被记录在公共账本上，这虽然保证了交易的透明度和可追溯性，但也可能导致交易信息的泄露。对于一些敏感交易，如商业机密交易或个人隐私交易，交易隐私的保护尤为重要。

不同的区块链交易模型在交易隐私保护方面表现不同。UTXO模型由于其匿名性设计，在一定程度上保护了交易双方的身份信息。然而，随着区块链分析技术的发展，通过对交易数据的分析，仍有可能推断出交易双方的身份。基于账户的模型则由于账户之间的关联性，更容易导致交易隐私的泄露。例如，通过分析账户之间的资金流动，可以追踪到交易的来源和去向。

为了保护交易隐私，一些区块链采用了加密技术，如零知识证明、环签名等。零知识证明允许一方在不泄露任何额外信息的情况下证明某个陈述的真实性。环签名则可以让签名者隐藏在一个签名环中，使得无法确定具体的签名者。这些技术可以有效地提高交易的隐私性，但也增加了区块链系统的复杂性和计算成本。

3.3 合约软件保障

合约软件保障是确保智能合约安全运行的关键。智能合约是自动执行的代码，一旦部署到区块链上，就很难进行修改。因此，合约代码中的任何漏洞都可能导致严重的安全问题，如资金损失、数据泄露等。

合约软件保障主要包括代码审查、测试和监控等方面。代码审查是在合约开发阶段对代码进行检查，以发现潜在的漏洞和安全隐患。测试则是在合约部署前对其进行各种场景的测试，确保合约在不同情况下都能正常运行。监控则是在合约运行过程中对其进行实时监测，及时发现异常行为并采取措施。

然而，由于智能合约的复杂性和区块链的不可更改性，合约软件保障面临着诸多挑战。例如，代码审查需要专业的技术人员，而且很难发现所有的潜在漏洞。测试也很难覆盖所有的可能情况，特别是在面对复杂的合约逻辑时。监控则需要实时处理大量的交易数据，对系统的性能要求较高。

4. 适应PA - DSS标准的区块链支付系统

4.1 标准适应的必要性

随着区块链支付系统的发展，对安全标准的需求也越来越高。传统的支付应用数据安全标准（PA - DSS）是为传统支付系统设计的，虽然区块链支付系统在很多方面可以被视为支付系统，但由于其去中心化、不可更改等特点，传统的PA - DSS标准不能完全适用于区块链平台。因此，需要对PA - DSS标准进行适应和调整，以满足区块链支付系统的安全需求。

4.2 适应方法

为了适应区块链支付系统的需求，我们对PA - DSS标准进行了以下调整：
1. 数据存储方面 ：由于区块链的分布式存储特性，数据存储在多个节点上。因此，在保护持卡人数据时，需要考虑如何确保数据在多个节点上的安全性。例如，可以采用加密技术对数据进行加密存储，同时对节点进行身份验证和访问控制。
2. 认证功能方面 ：区块链的去中心化特性使得传统的认证方式不再适用。因此，需要采用基于区块链的认证技术，如数字签名、公钥加密等。这些技术可以确保交易双方的身份真实性和交易的不可抵赖性。
3. 网络安全方面 ：区块链网络是一个分布式网络，面临着更多的网络攻击风险。因此，需要加强网络安全防护，如采用防火墙、入侵检测系统等。同时，需要对区块链节点进行安全配置，确保节点的安全性。

4.3 案例分析：QTUM和以太坊

我们选择了QTUM和以太坊两个智能合约平台作为案例进行分析。

平台	优势	基于适应PA - DSS标准的潜在问题
QTUM	可跨多设备运行，解决区块链存储复杂性问题，为企业提供解决方案	可能在数据存储安全方面存在挑战，需要确保多设备间数据的一致性和安全性；认证功能可能需要进一步完善以适应区块链特性
以太坊	拥有大量用户，结构化智能合约语言适合商业应用	基于账户的交易模型可能导致交易隐私泄露问题；合约软件保障方面需要加强，以防止代码漏洞导致的安全问题

通过对这两个平台的分析，我们发现它们在安全方面都存在一些潜在的问题，需要进一步改进以符合适应后的PA - DSS标准。

以下是分析区块链平台安全的流程：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(选择区块链平台):::process
    B --> C(确定适应后的PA - DSS标准):::process
    C --> D(分析平台的安全控制和机制):::process
    D --> E{是否符合标准?}:::decision
    E -->|是| F([通过]):::startend
    E -->|否| G(找出差距并提出改进建议):::process
    G --> H(实施改进措施):::process
    H --> D