最近得益于區(qū)塊鏈在金融領域的火爆效應，Crypto-based currency&transaction改變了金融圈原本“數字貨幣=數字游戲”的印象，密碼學貨幣不再只是數字貨幣，它還被賦予了“防篡改、去中心”的特性，但是本質上這些事務都是數據治理問題，只不過從原本的“服務級別”的訪問權限校驗轉入了“數據級別”的完整性校驗。其實密碼學不只可以在金融業(yè)務方面做出貢獻，在其他一系列數據治理難題中，我們也可以借鑒其中的一些思路。

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下面讓我們來回顧一些常見的數據治理問題，以及我們如何使用密碼學來解決這些問題。

數據私密性

私密性(Confidentiality)，數據作為企業(yè)的重要財產已經得到足夠的重視，同時作為業(yè)務必須的原料又不得不分發(fā)到終端。我們既要做好必要的安全防護工作，同時也希望盡可能地靈活管理訪問權限，在需要的時候能及時地送達業(yè)務場景中消化。

這個防護工作的目的也就是保護數據的私密性。通常有兩種方式保障，授權與加密，隨著數據量級的增長，私密性變得越來越細粒度。如何劃分授權與加密這兩種有著明確區(qū)分的方案往往被大家混淆，甚至不少開發(fā)人員認為授權是加密的一種。

常見的授權(Authorization)，包含了驗證(Authentication)與訪問控制(Access Control)兩個部分，驗證是指用戶或者業(yè)務模塊通過一個私密的憑證來確保身份，它可以是一個密碼，可以是一類數字簽名(包括證書)，也可以使用相對復雜的雙向動態(tài)授權協(xié)議。

驗證后的訪問控制則是將數據權限更細粒度地拆分，提供一次性或者短暫性的訪問權限，Token作為一個權證只能用來訪問其對應權限下的數據，可以防止私密數據過量泄露。

而目前一些新的方法中，權證分發(fā)本身被改善成了一個數字簽名的過程，通過完全的非對稱密碼系統(tǒng)，讓數據提供方原本需要保存的Token，轉變?yōu)橹恍枰炞C訪問請求所攜帶的數字簽名就可以獲知權限的Certificate/Signature，例如Hyperledger區(qū)塊鏈平臺就采用這種方式，分別簽發(fā)Enrollment Certificate和Transaction Certificate為不同的業(yè)務場景提供不同的數據訪問權限。

授權方案的發(fā)展歷經了幾個階段(如上圖)，雖然和出現時間并沒有太大關系，TLS早就定義了第三種形式作為分發(fā)證書鏈的模式，我們可以看到在第二種方案中，通過采用token的授權，使得細粒度的授權分發(fā)可以和驗證分離開來。而第三種方案則更進一步，讓雙方不需要再傳輸存儲授權憑證，而且整個授權過程可以是一次性的，而不會影響到數據訪問。

隨著高階密碼學原語的引入，我們甚至可以在驗證授權的過程中為用戶的訪問提供隱私保護，例如通過Dual Receiver Encryption配合Ring Signature可以實現匿名組策略等效果。

加密(Encryption)，往往是較為耗時和受限制的數據治理手段，尤其是非對稱加密算法，只能針對少量的數據集執(zhí)行，而對稱加密又存在交換秘鑰、存儲管理秘鑰時的隱患。因此作為保護數據私密性的***手段，我們應該盡量避免濫用誤用，常見的誤用場景包括試圖通過在客戶端加密Token來防止用戶篡改數據訪問權限、試圖用加密應用代碼的方式保護數據、試圖僅依靠對稱加密分發(fā)數據等等。

常見的加密確保私密性，常常是基于“數據被盜”或者“數據集必須存放在用戶端”的假設，“數據被盜”決定了每個數據池都有必要對基礎設施進行預防，例如對硬盤加密、選擇安全的通信信道和協(xié)議、避免秘鑰泄露、避免系統(tǒng)人為操作、避免內網服務對外開放、減少私有網絡的威脅等等。而“數據集必須存放在用戶端”則需要考慮到惡意軟件、逆向工程、暴力破解可能造成的數據損失。

數據完整性

完整性(Integrity)，說到區(qū)塊鏈的一大賣點就是不可篡改，通過確定交易雙方身份的Signature、交易順序的Merkel Hash tree、Block前向完整性(Forward integrity)Hash，三者(如圖)組成了一套完整的分布式賬本鏈條，其中每一條、每一頁的交易記錄之間、頁與頁之間都由密碼學原語保護。這樣的一種數據結構設計，為區(qū)塊鏈帶來了更靈活的去中心結算方案。

將區(qū)塊鏈解構之后，我們也可以靈活地將這些密碼學原語用于保障常規(guī)數據的完整性，尤其可以應對B2B場景下，企業(yè)聯(lián)盟之間的數據共享信任問題，通過完整性校驗，可以實現競爭關系下的同業(yè)數據融合;通過數字簽名，可以為如票據交易、款項去處之類的數據審計提供證據。

大數據分析提高了對數據真實性的要求，密碼學提供的完整性校驗方案，可以為外來數據治理提供額外的保障。同時由于密碼學原語位于設施的底層，因而這一系列的驗證審計操作都可以自動化執(zhí)行，而不需要額外的人力來管理校對。

數據可用性

可用性(Availablity)，在數據治理中是一個非常困難的話題，我們可以將數據副本分發(fā)到業(yè)務微服務中緩存，也可以采用分布式的存儲方式，這些都是為了解決單點故障、減少大量數據同步的時間開銷，其中Hash Table作為最常見的檢索方式，可以同時保障數據的完整性和可用性，數據池可以使用分塊的方式將數據分散存儲，同時使用Hash來計算出摘要以供后續(xù)的檢索，通過額外的加密手段，甚至可以實現對等節(jié)點的全量和增量數據同步，而不必擔心數據的私密泄露。

DynamoDB采用了這種Hash一致性算法，“均勻”地管理數據分片(如圖)。Bittorrent網絡采用Hashtable來尋找目標文件。Spark-mllib也使用了Hash來進行詞頻統(tǒng)計，達到數據分治的效果，避免了維護全局term-to-index map的麻煩。

此外，加密后的數據由于可讀性問題，很難再做重用，而常見的保護用戶敏感信息，并且同時保護數據分析可讀性的方法，在微軟和蘋果等公司都有所嘗試，稱為Differential privacy(如圖)，數據分析師在提取數據時，Privacy Guard評估Query Privacy impact，為反饋的數據加上噪音，例如可以使用Hash替換掉真實信息，只保留數據“特征”，減少用戶隱私泄露的風險，同時又能保留數據的分析價值。

重返焦點

如果說數據湖是每個企業(yè)的金庫，那么數據治理的安全措施就是用于搭起金庫壁壘的一磚一瓦，每個安全措施之間的緊密粘合都依托于完善和牢固的密碼學設計，隨著“安全無小事，商場入戰(zhàn)場”的警鐘不斷敲響，從基礎設施建設上對數據治理的不斷規(guī)范化和標準化呼聲越來越高，密碼學重回技術焦點的日子應該不會太遠。

【本文是51CTO專欄作者“ThoughtWorks”的原創(chuàng)稿件，微信公眾號：思特沃克，轉載請聯(lián)系原作者】

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