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Journal of Cybersecurity >

2026 , Vol. 4 >Issue 1: 70 - 79

DOI: https://doi.org/10.20172/j.issn.2097-3136.260203

Technology Application

Research on cross-border data supervision technology based on blockchain and proxy re-encryption

  • Zhong Min , * ,
  • Cai Jiayin ,
  • Zhao Xingwen ,
  • Cao Jin
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  • School of Cyber Engineering, Xidian University, xi’an 710126, China

Online published: 2026-05-13

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Copyright ©2026 Journal of Aeronautical Materials. All rights reserved.
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Abstract

In the context of economic globalization, multinational corporations are increasingly conducting cross-border data transmission activities, and irregular operations of enterprises during data transmission are likely to cause personal privacy leakage and national security risks. How to protect the privacy of enterprises' cross-border data while ensuring the effectiveness and traceability of regulatory procedures has become a key issue to be solved urgently. To this end, a cross-border data supervision technology based on blockchain and proxy re-encryption is proposed. Blockchain nodes are introduced as auditable third parties to perform proxy re-encryption on the ciphertext obtained by regulators through random inspection, which enables regulators to complete operational compliance verification without full plaintext monitoring. Dual goals of enterprise privacy protection and regulatory efficiency improvement are achieved through this scheme, and a verifiable, trustworthy and traceable audit evidence chain is formed simultaneously. Finally, the security and performance of the proposed scheme are analyzed, and the results show that the scheme has high feasibility and practical application value in the government-led regulatory scenario of enterprise cross-border data transmission.

Key words： blockchain; proxy re-encryption; outbound data; data governance

Cite this article

Zhong Min , Cai Jiayin , Zhao Xingwen , Cao Jin . Research on cross-border data supervision technology based on blockchain and proxy re-encryption[J]. Journal of Cybersecurity, 2026 , 4(1) : 70 -79 . DOI: 10.20172/j.issn.2097-3136.260203

0 引言

近年来，随着全球化进程持续推进，跨境数据流动在数字经济发展中的基础性作用日益凸显。《数字中国发展报告（2022 年）》[1] 显示，2022 年我国数据产量达 8.1 ZB，同比增长 22.7%，占全球总量的 10.5%，位居世界第二；同年数字经济规模达 50.2 万亿元，占国内生产总值的比重提升至 41.5%，我国数字经济总量位居全球第二。伴随数据要素规模扩张、跨境协作加深，跨境数据交互需求同步攀升。国际数据公司（IDC）报告指出，约 75% 的跨国企业每日需进行至少一次跨境数据交互[2]。在此背景下，出境数据的安全、合规已成为关乎国家安全、国际贸易秩序的重要因素，并对治理、监管能力提出更高要求。由于企业在数据出境的管理制度、流程控制、技术防护等环节可能存在薄弱点，若发生数据未经授权出境、泄露或滥用，可能损害个人隐私、公共利益，并对国家安全造成潜在威胁。因此，如何在保障数据依法有序出境、服务数字经济健康发展的前提下，强化国家数据安全保障能力、有效降低企业合规风险，已成为政府监管体系中亟待解决的核心问题。
目前，我国已以《中华人民共和国网络安全法》[3]《中华人民共和国数据安全法》[4]《中华人民共和国个人信息保护法》[5] 为核心，形成数据出境的基础制度框架，确立“风险评估 + 安全保障”为核心的治理思路，对关键信息基础设施运营者提出重要数据、个人信息原则上境内存储、确需出境应依法开展安全评估等要求。配套的《数据出境安全评估办法》[6]《个人信息出境标准合同办法》[7] 及个人信息保护认证机制，构成安全评估、标准合同备案、认证三条主要合规路径。2024 年 3 月发布的《促进和规范数据跨境流动规定》[8] 进一步强调属地网信部门指导与监督、优化评估流程、强化全链条监管。上述规则在上位法框架下，于部门规章层面明确了适用范围、责任主体、程序要求，为企业数据出境提供了相对清晰、可操作的合规指引。然而，从“制度确立”到“业务落地”仍存在明显断层：企业通过安全评估或完成备案手续后，跨境传输进入持续运行阶段，数据规模、用途、接收方、链路可能随业务迭代而动态变化，监管重点随之从材料合规转向行为合规。政府侧亟须解决评估后如何实现监管效率提升、监管机制常态化运行、监管过程可追溯等关键问题。
企业跨境数据传输普遍采用加密通道，这在提升传输安全性的同时，也显著增加了监管侧的“可见性”缺失。一方面，若企业将涉及国家安全、公共利益、个人权益的重要数据通过加密流量私自出境，事后一旦发生泄露或滥用，往往造成难以挽回的损害。另一方面，若监管部门为判定企业是否存在违规出境，而对企业出境数据进行全量实时解密、监控，不仅成本高昂、难以规模化实施，也可能扩大数据暴露面，引发企业数据隐私泄露风险、削弱监管公信力。由此形成两条看似可行却均存在明显缺陷的路径：其一是基于明文的强监管，但“全量可读”与“最小必要”原则相悖；其二是基于密文的检测分析，但现有密文流量分析在识别准确性、细粒度判定能力方面仍不足，难以直接回答“传输内容是否为敏感数据、是否超备案范围、是否与备案一致”等关键问题。此外，企业还可能通过篡改数据指纹、备案信息来规避核验，进一步加剧监管不确定性。因而，如何在保障企业合法数据权益的前提下实现运行期的高效、可信、可审计监管，成为亟待解决的关键难题。
针对上述问题，本文提出以“抽检式、最小授权”为核心的思路重构运行期监管：监管部门不追求对企业出境数据的全量可读，而是对企业出境密文实施不定期、定期抽检核验，在必要范围内完成合规判定。总体思路是：由企业侧对被抽检的出境密文提供受控授权，使监管人员仅能针对抽检对象获得一次性、范围受限的明文核验能力，从机制上将访问权限压缩至“为监管目的所必需的最小集合”，从而降低隐私暴露风险、减少合规摩擦，提升抽检效率与可执行性。与此同时，为避免抽检过程“不可验证、不可复盘”引发的争议与信任损耗，本文进一步引入可审计机制，将抽检对象、授权凭据、核验结果等关键信息以可追溯形式留存记录，形成可验证、可追责的监管证据链。通过该路径，监管部门能够在不扩大明文访问面的前提下获得有效的合规核验手段，在透明、公正、可审计的基础上提升监管威慑力、制度可信度。
本文的主要贡献如下。
1）提出融合代理重加密、区块链技术的出境数据抽检监管系统。将数据出境企业建模为数据拥有者（data owner，DO），监管人员建模为一次性授权的数据使用者（data user，DU），由第三方区块链节点利用 DO 对抽检对象所动态生成的密钥进行重加密。监管侧仅在限定范围内解密核验，无须长期持有企业密钥，获取全量数据，从而落实最小访问权限原则，降低隐私泄露风险。
2）设计面向抽检监管的链上存证、审计一体化机制。将抽检触发时间、参与方标识、抽检密文哈希、操作日志摘要、核验结论等关键要素上链固化，依托共识机制与不可篡改特性实现过程可追溯、结果可审计、责任可追究；通过不定期抽检形成持续威慑，推动企业实现运行期合规。
3）针对系统开展安全性与性能分析，验证本文所提方案具备可落地性和实际应用价值。

1 相关工作

1.1 数据出境监管技术

在数据出境风险防控与监管治理研究中，国内工作主要围绕制度治理、监管机制设计展开。文献[9]面向跨境电商场景，提出通过分级分类管控、风险预警平台提升监管效能；文献[10]基于政府—企业博弈模型，论证以事后问责为核心的监管策略在激励约束上的优势；文献[11]从监管相关主体视角梳理并构建数据出境安全风险要素体系，为监管要素提取、职责划分提供参考；文献[12] 结合制度失范、威慑理论，刻画跨境风险的影响机制，为监管威慑、合规约束体系的设计提供理论依据。总体而言，上述研究为数据出境监管的规则设计、风险关注点提供了支撑，但在面向运行期监管的可操作机制落地性方面仍有不足。技术层面，已有少量专利尝试支撑动态监管落地：文献[13] 提出基于区块链构建多中心跨境交互管控平台，通过跨境索引、多重备份实现通关管理、数据核查、追溯抽查，并以抽样数据哈希、备案哈希比对来判定一致性；文献[14] 在快递场景下融合区块链、代理重加密（Proxy Re-Encryption，PRE）技术，监管部门先解密审核境内数据后再加密上链，由代理节点重加密分发至境外平台。
综上，现有研究多从风险防控视角探讨数据出境监管的制度、机制设计；在面向动态监管落地的方案（如相关专利），也分别从链上存证、监管审核等角度进行了有益探索。然而，这些工作仍难同时兼顾监管有效性、企业隐私保护。一方面，基于哈希 / 指纹的一致性比对难以应对备案伪装类规避行为；另一方面，全量明文审核易扩大数据暴露面、产生较高实施成本。因此，仍亟须一种面向运行期的抽检监管方案，在最小访问权限约束下实现对抽检数据的可控解密核验，以可审计、可追溯的机制固化监管证据链，从而提升监管落地可行性。

1.2 代理重加密

代理重加密技术为该难题提供了关键突破口，其核心优势在于第三方代理可在不解密原始数据的前提下，将数据所有者的密文转换为授权方可用的密文，实现“加密状态下的权限可控转移”。自 1998 年 Blaze等[15] 首次提出PRE技术以来，该技术已发展出基于身份、门限、多跳、细粒度等变体，广泛应用于云计算、分布式存储等场景，但在数据出境监管领域的适配性仍需进一步优化。
近年来，代理重加密已发展出多种变体，例如，王燚[16]以用户身份信息（如电子邮箱地址）替代传统公钥证书，简化密钥管理流程；Wu等[17]引入多代理节点设计，通过秘密共享机制防止单点合谋攻击，同时提升系统鲁棒性；Li[18] 构建了基于 Schnorr 签名的代理重加密方案,提出支持多次授权、细粒度访问控制的方案，适用于复杂的数据共享场景。Su等[19]针对物联网云节点提出了基于代理重加密的可信授权方案，在授权服务器的控制下确保数据共享的安全可靠；Kim等[20]借助代理服务器实现代理重加密过程，进而为传感器等轻量级设备提供数据共享功能；Chen等[21] 利用区块链智能合约执行代理重加密； Wu等[22]提出了一种基于可追踪属性的加密方案；田有亮等[23]提出了基于属性加密的区块链数据溯源算法；Feng等[24]将分层属性加密、线性秘密共享相结合，提出了基于可搜索属性加密的区块链数据隐私访问控制方案。这些技术已在云计算、分布式存储、安全通信等领域广泛应用。

1.3 基于区块链的代理重加密

为构建安全、可信、可追溯且去中心化的数据共享系统，郭庆等[25]提出了一种基于国密算法 SM2 的代理重加密方案。吴宇等 [26]提出了一种融合Shamir门限秘密共享的TDPR-BC（threshold proxy re-encryption based on blockchain）方案，解决了单点故障问题。文献[27]和文献[28]均聚焦于基于属性的代理重加密（attribute-based proxy re-encryption，AB-PRE）方案，这类方案能够实现更细粒度的访问控制。而文献[29]则提出了一种基于 Schnorr 签名的方案，已应用于医疗数据共享场景。
现有融合方案多以数据共享为核心目标，如基于国密 SM2 的方案侧重区块链交易数据共享、TDPR-BC 方案聚焦单点故障解决、基于属性的代理重加密方案追求细粒度访问控制，均未考虑数据出境监管中抽检授权、过程可审计和隐私、监管平衡的核心需求，未实现监管权限的限定性、监管行为的可追溯性。本文所提方案结合代理重加密、区块链技术，提出一种支持监管部门在抽检范围内访问出境数据的合规核验方法，从而保障出境数据合规监控的效率以及监管部门的公信力。

2 预备知识

2.1 双线性映射

设$ {G}_{1} $是由元素$ P $生成的$ q $阶加法循环群（$ q $为素数），$ {G}_{2} $是与$ {G}_{1} $同阶（$ q $阶）的乘法循环群。定义映射$ e\colon {G}_{1}\times {G}_{1}\rightarrow {G}_{2} $，该映射满足以下性质：
1）双线性：对任意的$ P,Q\in {G}_{1} $、$ a,b\in Z_{q}^{*} $，均满足$ e\left({P}^{a},{Q}^{b}\right) $$ =e{\left(P,Q\right)}^{ab} $；
2）非退化性：存在元素$ P,Q\in {G}_{1} $，使得$ e\left(P,Q\right)\neq 1 $；换言之，该映射不会将 $ {G}_{1}\times {G}_{1} $中的所有元素对都映射到$ {G}_{2} $中的单位元。
3）可计算性：存在高效算法，可对所有$ P,Q\in {G}_{1} $计算$ e\left(P,Q\right) $的值。
在本文素数阶群设定中，非退化性等价于：对所有$ P,Q\in {G}_{1} $，均有$ e\left(P,Q\right)\neq 1 $。因此，当$ P $是$ {G}_{1} $的生成元时，$ e\left(P,P\right) $是 $ {G}_{2} $的生成元。这类双线性映射被称为双线性对[30]。

2.2 判定性双线性迪菲—赫尔曼问题

给定素数阶为$ p $的乘法群$ {G}_{1} $和$ {G}_{2} $；随机选取生成元$ g\in {G}_{1} $，以及随机数$ {c}_{1},{c}_{2},{c}_{3}\in {Z}_{\text{p}} $； 将$ g,{g}^{c_{1} },{g}^{c{_{2}}},{g}^{c{_{3}}}, e{\left(g,g\right)}^{c_{1} c{_{2}}c{_{3}}} $及$ T\in {G}_{2} $发送给算法$ A $；基于$ e{\left(g,g\right)}^{c_{1} c{_{2}}c{_{3}}} $判断$ T $是否等于 $ e{\left(g,g\right)}^{c_{1} c{_{2}}c{_{3}}} $：若相等，输出 1；否则，输出 0。
定义算法$ A $解决上述问题的优势为：
$\begin{split} & {\mathrm{Ad}}{{\mathrm{v}}}^{{\mathrm{DBDH}}}=\mid {\mathrm{Pr}}[A(g,{g}^{c_{1} },{g}^{c{_{2}}},{g}^{c{_{3}}},e{(g,g)}^{c_{1} c{_{2}}c{_{3}}})=1]-\\&{\mathrm{Pr}}[A(g,{g}^{c_{1} },{g}^{c{_{2}}},{g}^{c{_{3}}},T)=1]\mid\end{split} $
若不存在多项式时间算法能以不可忽略的优势解决判定性双线性迪菲—赫尔曼（Decision Bilinear Diffie–Hellman，DBDH）假设[31]，则称在群$ {G}_{1} $和$ {G}_{2} $中DBDH 假设成立。

2.3 区块链技术

区块链是在对等网络环境下，基于透明可信的共识机制，通过将数据块按时间顺序链式组合而形成的特定数据结构。它同时也是一个去中心化的无须第三方信任中介且分布式的共享账本系统，通过密码学方法确保数据不可篡改、不可伪造、可追溯。特定时间段内的交易经过验证后，会形成一个数据块，并被加盖时间戳链接至区块链中。随着数据块数量的不断增加，区块链会形成从创世块到最新数据块的完整数据存储结构，从而实现数据的按时间顺序追溯。
区块链可分为公有链、联盟链、私有链三类。其中，公有链是完全去中心化、无须权限许可的区块链，任何机构、个人均可加入，比特币和以太坊均属于此类；联盟链是部分去中心化且需要权限许可的区块链，通常由多个机构共同参与，节点的加入需经过其他联盟成员的审批；私有链则一般用于某个实体、组织的内部系统，其数据的读写权限由该组织控制。与私有链相比，联盟链更适合本文所提方案的数据出境监管场景。在本文所提方案中，联盟链由多个可信机构组成，这些机构主要负责用户管理、属性密钥管理、匹配查询、密文验证等核心功能。

3 系统架构

本文所提模型包含4类实体：数据出境企业、监管人员、区块链节点、可信中心，如图1 所示。
图 1 系统模型

Fig.1 System model

1）数据出境企业：对申报的数据进行出境操作，在需要配合抽检时生成重加密密钥。
2）监管人员：按照抽检规则提取数据出境企业的加密数据并上传至区块链节点，在获取重加密密文后进行解密、合规性检查。
3）区块链节点：执行预定义的智能合约，协助数据出境企业、监管人员完成抽检密文的重加密操作，记录每次抽检的相关信息；通过分布式账本实现抽检工作的可追溯性、可审计性。
4）可信中心：用于在系统初始阶段为相关实体生成密钥对。

3.1 威胁模型

在本文所提方案中，攻击主体主要可分为内部攻击者、外部攻击者两类。需要说明的是，本文将数据出境企业、抽检人员（即监管侧核验执行者）视为可信参与方。二者遵循协议流程执行抽检、授权相关操作，不主动实施越权访问、伪造授权、篡改抽检结论等恶意行为。
在上述信任假设下，内部攻击者主要指潜在的恶意、好奇的区块链节点（含被攻陷节点）。该类攻击者能够获取链上公开信息（如摘要、时间戳、日志记录等），可能进一步接触、分析抽检相关密文（如抽检密文、重加密后的密文），推断企业业务活动、监管策略等信息，从而造成隐私泄露。外部攻击者主要指网络窃听者，其可对通信信道进行被动监听，截获密文、抽检交互相关信息，尝试推断敏感内容。

3.2 安全目标

本文所提方案主要实现以下安全目标。
1）机密性：核心是确保未授权实体无法获取数据出境企业传输的明文数据内容。即便密文、重加密密钥等数据被截获，攻击者也无法恢复原始明文。
2）完整性：核心是确保数据在传输、处理过程中不被篡改，涵盖出境数据的密文、生成的重加密密钥、抽检结果。因此，本文所提方案要求区块链节点执行验证计算；此外，链上所有抽检信息、结果经共识确认后，均无法被修改、删除，这一机制保障了记录本身的完整性。
3）不可否认性：核心是确保所有参与者无法否认自身已实施的行为。具体而言，企业无法否认生成了特定的出境数据密文，监管机构无法否认自身执行过某一次抽检、获取了特定结果。为此，本文所提方案采用数字签名技术，为抽检信息、结果生成时间戳。
4）访问权限控制：核心是将监管机构的数据访问权限严格限制在单次抽检范围内，防止其获取企业数据的持续性以及任意性访问权限。因此，本文所提方案采用一次性密码本机制，每次抽检均对应为该次抽检生成的唯一重加密密钥。

4 系统实现

本文所提方案应用于企业完成数据出境申报手续后的运行期数据监管流程。首先，可信中心执行系统初始化操作并生成密钥对。数据出境企业将已申报的数据传输至境外，并在配合抽检期间为监管人员生成重加密密钥。监管人员提取数据出境企业的出境数据密文进行抽检，将抽查所得初始密文上链并请求重加密，在获取重加密密文后，执行解密操作、开展合规性查验。常用符号及说明如表1 所示，实体间数据交互流程如图2 所示。
表 1 常用符号及说明

Table 1 Common symbols and their definitions

符号 说明
$ {\mathrm{I{D}}}_{E} $ 数据出境企业
$ {\mathrm{I{D}}}_{R} $ 监管人员
$ {\mathrm{BC}} $ 区块链节点
$ \lambda $ 系统安全参数
$ C $ 出境密文
$ ({\mathrm{P{K}}}_{i},{\mathrm{S{K}}}_{i}) $ 数据出境企业的公私钥对
$ ({\mathrm{P{K}}}_{j},{\mathrm{S{K}}}_{j}) $ 监管人员的公私钥对
$ C' $ 抽检密文
$ C" $ 重加密密文
$ {\mathrm{result}} $ 抽检结果
$ {t}_{{\mathrm{req}}} $ 申请抽检时间戳
$ \delta $ 抽检结果签名值
图 2 实体间数据交互流程

Fig.2 Inter-entity data interaction process

4.1 系统初始化

1）给定安全参数$ {1}^{\lambda } $，$ q $阶双线性群$ {G}_{1} $和$ {G}_{2} $，选择群$ {G}_{1} $的生成元$ g $、群元素$ {g}_{1} $，以及双线性映射$ e\colon {G}_{1}\times {G}_{1}\rightarrow {G}_{2} $，哈希函数$ H\colon {\{0,1\}}^{*}\rightarrow {G}_{1} $，并公开系统公共参数$ {\mathrm{PP}}=({G}_{1},{G}_{2},e,g,{g}_{1},H) $。可信中心根据系统公共参数$ {\mathrm{PP}} $，为数据出境企业和监管人员分别生成公私钥对$ ({\mathrm{P{K}}}_{i},{\mathrm{S{K}}}_{i}) $和$ ({\mathrm{P{K}}}_{j},{\mathrm{S{K}}}_{j}) $。其中，$ {\mathrm{P{K}}}_{i}= {g}^{{{x}_{i}}}, {\mathrm{S{K}}}_{i}={x}_{i}， $$ {\mathrm{P{K}}}_{j}={g}^{{{y}_{j}}},{\mathrm{S{K}}}_{j}={y}_{j} $，且$ {x}_{i},{y}_{j}\in Z_{q}^{*} $均为随机值。
2）定义以下核心智能合约函数。
reateCase( )：监管人员发起抽检立案流程并完成“抽检密文上链/登记”。监管人员调用该函数提交抽检对象、元信息，合约生成唯一caseId并写入链上状态，作为后续重加密、结果存证的索引。该合约触发事件ReKeyRequest，由共识节点向企业发送密钥生成请求。
registerReEnc( )：区块链节点完成对抽检密文的代理重加密并将重加密密文返回监管人员后，调用该函数在链上登记密文摘要、时间戳，用于后续审计复核、不可抵赖性验证的核心依据。
submitResult( )：监管人员提交抽检结果并完成抽检结案固化。监管人员完成受控解密核验后，将抽检结论的摘要、签名上链；合约写入结果并同步更新该caseId的最终状态标记（合规、不合规、需复核等）、时间戳，冻结核心关键字段，形成不可篡改、可审计的证据记录，避免事后篡改、覆盖争议。

4.2 抽检密文上链

在该阶段，数据出境企业已完成数据出境申报，相关申报记录由负责该出境业务的监管人员备案保存数据出境申报信息。数据出境企业对已申报数据执行加密后再向境外传输；针对加密方式，本文采用两类方式实现：①直接对业务数据明文进行公钥加密得到数据密文；②采用混合加密KEM-DEM（key encapsulation mechanism-data encapsulation mechanism）结构，即先生成对称密钥，用该对称密钥加密数据得到数据密文C1，再使用企业公钥对该对称密钥进行封装/加密得到密钥密文C2，最终形成出境密文(C1,C2)。在传输过程中，监管人可按定期/不定期抽样规则获取部分密文，并将抽检密文、相关元信息发送至区块链节点，请求对抽检对象执行重加密，以支撑出境数据合规性检查。本文将抽检密文定义为一次出境业务会话下的业务数据对象，其分块对应的密文单元，核心目的是降低链上存储开销和计算开销。网络侧监测设备负责在出口处对同一会话进行重组、提取，得到可复验的密文对象供抽检，使用具体步骤如下。
1）数据出境前加密阶段数据出境企业随机选择$ {r}_{i}\in Z_{q}^{*} $，利用自己的公钥对明文数据$ M $进行加密，生成密文$ C=({C}_{1},{C}_{2},{C}_{3}) $，其中：$ {C}_{1}={g}^{{{r}_{i}}},{C}_{2}=M\cdot e({{g}_{1}}, {\mathrm{P{{K}}}_{i}})^{{{r}_{i}}}, {C}_{3}=H(H({{C}_{1}})||H({{C}_{1}}||{{C}_{2}}))^{{\mathrm{s{{k}}}_{i}}} $；密文的解密可通过以下计算步骤得到：$ M={C}_{2}/e({C}_{1},{g}_{1}{}^{{\mathrm{S{{K}}}_{i}}}) $，$ {C}_{3} $用作密文完整性及不可否认性检验，$ e({C}_{3},g)=e({\mathrm{P{K}}}_{i}, H(H({C}_{1})|| H({C}_{1}|| {C}_{2}))) $。在完成数据加密后，数据出境企业可以将加密数据存储于数据中心或进行数据出境操作。
2）假设监管部门在数据出境企业的流量出口侧部署了流量监测设备，监管人员可按照抽样检查频率规则，开展定时/不定时的密文抽检工作，直接获取数据出境过程中的密文信息。令当前某个系统状态下，监管人员抽检得到密文$ {C}^{\prime}=({C}_{1}{}^{\prime},{C}_{2}{}^{\prime},{C}_{3}{}^{\prime}) $，调用$ {\mathrm{createCase}}\left(C',H(C'),{\mathrm{I{D}}}_{E},{\mathrm{I{D}}}_{R},{t}_{{\mathrm{req}}}\right) $，链上生成$ {\mathrm{caseId}} $并记录信息摘要$ H(C') $与申请抽检时间戳$ {t}_{{\mathrm{req}}} $。合约将触发事件$ {\mathrm{ReKeyRequest}}\left({\mathrm{caseId}},{\text{PK}}_{j}\right) $通知企业进入重加密密钥生成阶段。后续数据出境企业可随时访问该条监管记录的合法性，由于$ {C}_{3}{}^{\prime} $用作密文完整性及不可否认性验证，监管人员无法篡改密文内容。

4.3 重加密密钥生成

出境企业收到重加密密钥生成请求后，利用自己的私钥${\mathrm{ S{K}}}_{i} $和${\mathrm{ I{D}}}_{R} $的公钥${\mathrm{ P{K}}}_{j} $执行重加密密钥生成算法，并将重加密密钥$ {\mathrm{R{K}}}_{j}=({\mathrm{R{K}}}_{1},{\mathrm{R{K}}}_{2},{\mathrm{R{K}}}_{3}) $发送至BC。
重加密密钥生成过程如下：随机选择$ {r}_{j}\in Z_{q}^{*} $，计算$ {\mathrm{R{K}}}_{1}={g}^{{{r}_{j}}},{\mathrm{R{K}}}_{2}= {g}_{1}{}^{-{\mathrm{S{{K}}}_{i}}} {\mathrm{P{K}}}_{j}{}^{{{r}_{j}}},{\mathrm{R{K}}}_{3}=H(H({\mathrm{R{{K}}}_{1}})||H ({\mathrm{R{{K}}}_{1}}|| {\mathrm{R{{K}}}_{2}}))^{{\mathrm{s{{k}}}_{i}}}$。

4.4 抽检密文重加密

在该阶段，BC在收到数据出境企业发送的重加密密钥$ Z_{q}^{*} $后，首先利用$ e({\mathrm{R{K}}}_{3},g)=e({\mathrm{P{K}}}_{i},H(H({\mathrm{R{K}}}_{1})|| $$ H({\mathrm{R{K}}}_{1}||{\mathrm{R{K}}}_{2}))) $进行重加密密钥的完整性及不可否认性验证。若该验证通过，则对待抽检密文$ {C}^{\prime}= ({C}_{1}{}^{\prime},{C}_{2}{}^{\prime},{C}_{3}{}^{\prime}) $进行重加密操作，并得到新的待抽检密文$ Z_{q}^{*} $。具体计算步骤如下：
$\begin{split} &{C}_{1}{}^{\prime \prime}={C}_{1}{}^{\prime},\\&{C}_{2}{}^{\prime \prime}={C}_{2}{}^{\prime}\cdot e({C}_{1}{}^{\prime},{\mathrm{R{K}}}_{2}),\\&{C}_{3}{}^{\prime \prime}={\mathrm{R{K}}}_{1}\\&{C}_{4}{}^{\prime \prime}=H(H({C}_{1}{}^{\prime \prime})||H({C}_{1}{}^{\prime \prime}||{C}_{2}{}^{\prime \prime})||H({C}_{2}{}^{\prime \prime}||{C}_{3}{}^{\prime \prime}))\end{split}$
BC调用$ {\mathrm{registerReEnc}}\left({\mathrm{caseId}}\right) $将重加密信息$ \{{\mathrm{I{D}}}_{E}, {\mathrm{I{D}}}_{R},{\mathrm{P{K}}}_{j},{C}^{\prime},{C}^{\prime\prime},H({C}^{\prime\prime}),{t}_{{\mathrm{req}}}\} $存储至本次抽检申请信息中，并将$ \{{\mathrm{caseId}},{C}^{\prime \prime},H({C}^{\prime \prime})\} $返回至监管人员，由监管人员完成解密和明文合规性检查操作。

4.5 重加密密文解密检查及抽检结果上链

该阶段由监管人员执行。在收到BC发送的重加密密文$ C^{\prime \prime}=\left(C_1^{\prime \prime}, C_2^{\prime \prime}, C_3^{\prime \prime}, C_4^{\prime \prime}\right) $后，监管人员$ j $首先检查$ {C}_{4}{}^{\prime \prime}=H(H({C}_{1}{}^{\prime \prime})||H({C}_{1}{}^{\prime \prime}||{C}_{2}{}^{\prime \prime})|| $$ H({C}_{2}{}^{\prime \prime}||{C}_{3}{}^{\prime \prime})) $，密文完整性无误，则利用自己的私钥$ {\mathrm{S{K}}}_{j} $对该密文进行解密，具体解密算法为$ M={C}_{2}{}^{\prime \prime}/e{({{C}_{1}}{{}^{\prime \prime}},{{C}_{3}}{{}^{\prime \prime}})}^{{\mathrm{S{{K}}}_{j}}} $。在得到明文数据$ M $后，对明文信息进行查验，判断其是否符合数据出境企业当初的数据出境申报记录，并生成本次抽检结果及对抽检结果的签名值$ \delta ={\mathrm{Si{g}}}_{{\mathrm{S{{K}}}_{j}}} ({\mathrm{result}}) $，其中，$ {\mathrm{Sig}} $为数字签名算法。监管人员调用$ {\mathrm{submitResult}}\left({\mathrm{caseId}}\right) $将抽检结果及其签名信息上传至BC，BC更新本次抽检信息$ \{{\mathrm{I{D}}}_{E},{\mathrm{I{D}}}_{R},P{K}_{j},{C}^{\prime},{C}^{\prime\prime},H({C}^{\prime\prime}), {t}_{{\mathrm{req}}},{t}_{{\mathrm{res}}},\delta \} $，其中，$ {t}_{{\mathrm{res}}} $为抽检结果生成时间戳。若抽检结果与申报信息不符合，则进行相应违规处置。

5 性能与评价

5.1 正确性分析

当数据出境企业拟开展数据出境操作时，将执行第一阶段加密操作，且数据出境企业自身可对生成的密文进行解密。当监管机构需对该出境密文数据进行抽检时，仅能对经区块链节点执行代理重加密后生成的重加密密文（即转换后密文）进行解密。因此，若企业的原始密文解密、监管机构的重加密密文解密的计算过程均正确，则本文所提代理重加密方案满足有效性要求。
定理1本文所提代理重加密方案满足正确性。
证明 根据双线性映射可知：
$ \begin{split} M&={C}_{2}/e({C}_{1},{g}_{1}{}^{{\mathrm{S{{K}}}_{i}}}) \\&=M\cdot e{({{g}_{1}},{{g}^{{\mathrm{S{{K}}}_{i}}}})}^{{{r}_{i}}}/e({g}^{{{r}_{i}}},{g}^{{\mathrm{S{{K}}}_{i}}}) \\&=M\end{split} $
由此得到第一阶段解密结果。
根据密文转换公式计算第二阶段解密结果，可得：
$ \begin{split} M&={C}_{2}{}^{\prime \prime}/e{({{C}_{1}}{{}^{\prime \prime}},{{C}_{3}}{{}^{\prime \prime}})}^{{\mathrm{S{{K}}}_{j}}} \\&={C}_{2}{}^{\prime}\cdot e({C}_{1},{\mathrm{R{K}}}_{2})/e{({{C}_{1}}{{}^{\prime}},{\mathrm{R{{K}}}_{1}})}^{{\mathrm{S{{K}}}_{j}}} \\&=M\cdot e({g}_{1},{g}^{{\mathrm{S{{K}}}_{i}}}{{{}^{\cdot }}}^{{{r}_{i}}})\cdot e({g}^{{{r}_{i}}}{g}_{1}{}^{-{\mathrm{S{{K}}}_{i}}})\cdot e({g}^{{{r}_{i}}},{g}^{{{r}_{j}}}{}^{\cdot {\mathrm{S{{K}}}_{j}}}) \\&/e{({{g}^{{{r}_{i}}}},{{g}^{{{r}_{j}}}})}^{{\mathrm{S{{K}}}_{j}}} \\&=M\end{split} $

5.2 安全性证明

定理2（IND-CPA 安全性）在DBDH假设下，本文所提方案满足适应性选择明文攻击下的不可区分性（Indistinguishability under Chosen-Plaintext Attack，IND-CPA）。
证明 假设存在攻击者A能够以不可忽略的优势$ \varepsilon $破解本文所提方案，则可构造模拟者B来求解DBDH问题。
1）B接收DBDH实例$ (g,{g}^{a},{g}^{b},{g}^{c},T) $。
2）生成公钥$ {\mathrm{pk}}\_ E=({g}^{{{x}_{1}}},{g}^{{{x}_{2}}},{g}^{{{x}_{3}}},{h}^{{{x}_{4}}})， $$ {x}_{i}\in R $。
3）提交明文$ {M}_{0},{M}_{1} $。
4）B随机选择$ b\in \{0,1\} $，以生成挑战密文：
$ {C}^{*}=({g}^{c},{({{g}^{c}})}^{{{x}_{1}}}\cdot {g}^{{{x}_{2}}\cdot s},{M}_{b}\cdot {({{g}^{c}})}^{{{x}_{3}}},H(\cdot )) $
5）若A引导b，则B输出$ T=e(g,{g}^{abc}) $；否则，B输出一个随机值。
需满足的优势：
$ |\Pr [\beta \rightarrow 1|{T}_{{\mathrm{real}}}]|-\Pr [\beta \rightarrow 1|{T}_{{\mathrm{rand}}}]|\geqslant \varepsilon $
这与DBDH假设相矛盾，因此该方案满足IND-CPA安全性。

5.3 安全性分析

（1）数据机密性
本文所提方案中，数据出境企业使用自身的非对称加密公钥对出境数据进行加密。当需要进行抽检时，数据出境企业仅会基于监管机构的公钥生成一次性重加密密钥。整个过程的安全性建立在双线性映射的计算困难性、哈希函数的抗碰撞性之上，因此，本文所提方案能够保障数据机密性。
（2）消息完整性认证
本文所提方案中，原始密文包含一个基于哈希与数字签名的完整性验证项。区块链节点接收到数据出境企业发送的重加密密钥后，首先会执行完整性验证计算。这一过程可确保重加密密钥是由合法的数据出境企业为指定的监管机构、特定密文生成，且未被篡改。此外，链上所有抽检核心信息、结果经共识机制确认后，均无法被修改、删除。这表明，本文所提方案能够保障抽检记录本身的完整性与不可篡改性。
（3）不可否认性
监管机构生成最终抽检结果后，会使用自身的签名私钥对结果进行数字签名。整个抽检过程的所有关键步骤均记录在区块链上的分布式账本中，且不可篡改。任何合法第三方均可追溯区块链上的抽检历史记录，验证任意一次抽检操作的完整流程、最终结果，且验证过程不依赖任何单一主体的证明。因此，本文所提方案具备不可否认性与可追溯性。
（4）访问权限控制
每一次抽检均对应一个由数据出境企业专为该次抽检生成的唯一重加密密钥。该重加密密钥必须由数据出境企业使用自身的重加密私钥、监管机构的重加密公钥生成。这意味着，每一次解密授权均需数据出境企业核心授权配合，监管机构无法在数据出境企业不知情的情况下单方面解密其出境数据。因此，本文所提方案实现了精细化的访问权限控制与一次性授权。

5.4 理论和性能分析

5.4.1 理论分析

为说明本文所提方案的计算效率，本文选择文献 [19-21,25] 进行对比，4篇文献均以代理重加密为核心技术，或融合区块链实现数据安全共享，与本文所提方案“区块链 + PRE”的技术路线高度契合，且均覆盖分布式数据共享、轻量级设备适配等多元场景，与数据出境监管的跨地域传输需求具有强参考性。表2 给出各方案性能开销对比，其中，$ {T}_{{\mathrm{E}}} $表示指数运算，$ {T}_{{\mathrm{P}}} $表示双线性配对运算，$ {T}_{{\mathrm{H}}} $表示哈希运算，$ {T}_{{\mathrm{G}}} $为群$ {\mathrm{G}} $中的运算，$ {T}_{{\mathrm{M}}} $表示乘法运算，XOR表示异或运算。
表 2 各方案性能开销对比

Table 2 Performance overhead comparison of each scheme

方案 初始加密 重加密 解密
文献[19] $ 3{T}_{{\mathrm{E}}}+{T}_{{\mathrm{P}}}+4 $ $ {T}_{{\mathrm{H}}} $ $ 2{T}_{{\mathrm{E}}}+ $ $ 2{T}_{{\mathrm{P}}}+ $$ 3{T}_{{\mathrm{H}}} $ $ 3{T}_{{\mathrm{E}}}+2{T}_{{\mathrm{P}}}+ $ $ 3{T}_{{\mathrm{H}}} $
文献[20] $3{T}_{{\mathrm{E}}}+2{T}_{{\mathrm{P}}}+ {T}_{{\mathrm{H}}}$ ${T}_{{\mathrm{E}}}+ {T}_{{\mathrm{P}}}$ ${T}_{{\mathrm{E}}}+{T}_{{\mathrm{P}}}+{T}_{{\mathrm{H}}}$
文献[21] $ 4({T}_{{\mathrm{M}}}+{T}_{{\mathrm{G}}})+ $ $ 2{T}_{{\mathrm{H}}}+{\mathrm{XOR}} $ $ \text{XOR} $ $ 5({T}_{{\mathrm{M}}}+{T}_{{\mathrm{G}}})+ $ $ 2{T}_{{\mathrm{H}}}+{\mathrm{XOR}} $
文献[25] $ 2({T}_{{\mathrm{M}}}+{T}_{{\mathrm{G}}})+ $ $ 4{T}_{{\mathrm{H}}}+{\mathrm{XOR}} $ $ \text{XOR} $ $ ({T}_{{\mathrm{M}}}+{T}_{{\mathrm{G}}})+ $ $ 2{T}_{{\mathrm{H}}}+{\mathrm{XOR}} $
本文 $2{T}_{{\mathrm{G}}}+{T}_{{\mathrm{E}}}+ 3{T}_{{\mathrm{H}}}$ ${T}_{{\mathrm{P}}}+3{T}_{{\mathrm{H}}}$ ${T}_{{\mathrm{G}}}+4{T}_{{\mathrm{H}}}$
在上述方案的运算过程中，双线性配对运算、指数运算会消耗大量计算资源。文献 [19]提出的方案采用云服务器存储数据，通过代理重加密实现物联网云节点间的数据共享，但该方案涉及大量计算操作。同理，文献[20]提出的方案也借助代理服务器实现代理重加密过程，进而为传感器等轻量级设备提供数据共享功能。文献[21]提出的方案利用区块链智能合约执行代理重加密，其计算复杂度较低，且实现了去中心化的数据共享，但无法支持数据访问权限的动态更新。文献[25] 基于SM2构建了轻量级代理重加密算法，该算法不仅满足区块链交易数据共享的实际需求，还能实现区块链数据访问权限的动态调整。
本文所提方案采用代理重加密算法，融合区块链技术，将监管机构对明文数据的访问权限严格限制在单次抽检范围内，同时通过区块链节点将监管全流程工作记录在分布式账本中。该方案具备计算开销低、执行效率高的特点。

5.4.2 性能分析

为充分模拟抽检信息上链及数据访问的全过程，本实验采用4台主机，通过 Python 实现 PBFT 共识算法，模拟区块链数据共享操作。共识节点采用 SQL Server 2008 存储本地区块链数据，以提升区块存储、数据访问效率。本文对所提方案的运行效率进行分析，并将其与文献[21]和文献[25]中的方案展开对比。为分析所提方案的计算效率，实验调整明文数据大小，将明文大小分别设置为 128 B、256 B、512 B、1024 B。实验结果为算法运行 100 次的平均值，结果如图3 所示。其中，加密阶段包含初始加密、代理重加密两部分，解密阶段则指对重加密密文的解密操作。
图 3 各方案运行时间比较

Fig.3 Running time comparison of each scheme

由图3 可知，当数据大小为128 B时，本文所提方案加密阶段的运行时间为 46.73 ms，解密阶段为 13.32 ms；相比之下，文献[21]中的方案加密耗时 50.43 ms，解密耗时 72.08 ms。而文献 [25] 中的方案加密耗时 40.25 ms，解密耗时 9.82 ms；当数据大小为1024 B时，所提方案加密耗时 198.42 ms，解密耗时 91.62 ms。在并发抽检场景下，低并发状态下系统整体运行流畅，可扩展性表现良好；随着并发请求的增加，系统的处理时间、计算资源消耗显著增加，尤其在数据量较大的场景下。在高并发场景下，本文所提方案可能会面临一定的性能瓶颈。尽管本文所提方案的处理效率优于文献 [21]中的方案，但仍低于文献[25]中的方案，主要原因是额外的合规检查、区块链存证验证带来了一定开销；但其整体计算开销较小，能够满足基于区块链的出境数据抽检实际业务需求。

6 结束语

本文提出一种数据出境合规监测方案及风险评估系统，支持监管机构在抽检范围内访问出境数据，将监管人员对企业出境明文数据的访问权限限定在单次抽检中以保护数据隐私，借助抽检频次的不确定性推动企业数据出境合规，监管记录由区块链分布式节点管理存储以保障可追溯性与可审计性。该方案采用区块链辅助的代理重加密技术，为企业加密的出境数据构建规范化抽检机制，促进政企间良性协作，保障数据出境安全高效，同时保护企业数据隐私。但抽检频率、目标企业等元数据的公开易暴露企业业务模式与监管策略，监管人员的抽检行为被永久记录，且身份信息管理不当易引发隐私安全风险；同时，所有参与方的真实身份直接上链，未引入隐私增强技术进行保护。故下一步研究需在具体应用场景中增强系统的安全隐私保护能力，未来可通过三项技术路径实现：采用安全多方计算替代可信中心、设计门限重加密方案并结合环签名等隐私保护技术、利用形式化验证工具对方案的安全性进验证。

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