这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的学术论文。以下是针对该研究的详细学术报告：
本研究由Jayasree Sengupta（印度印度理工学院科学与技术学院）、Sushmita Ruj（澳大利亚新南威尔士大学）和Sipra Das Bit（印度印度理工学院科学与技术学院）合作完成，发表于IEEE Transactions on Network and Service Management期刊2023年9月的第20卷第3期。
研究领域：工业物联网（Industrial IoT, IIoT）中的数据安全共享与区块链技术。
研究动机：传统IIoT数据共享方案存在以下问题：
- 缺乏对参与方（如终端用户或云服务提供商）恶意行为的约束机制，易引发纠纷；
- 现有方案在计算/带宽开销、用户管理效率、公平性保障等方面存在不足。
目标：提出FairShare方案，通过区块链和代理重加密（Proxy Re-Encryption, PRE）技术，实现数据共享的公平性（各方获得应得数据或奖惩）、可问责性（服务行为透明记录）和安全性（隐私保护与防篡改）。
研究构建了一个包含五类实体的IIoT架构：
1. IIoT设备（D）：传感器设备（如温湿度传感器），生成原始数据。
2. 雾节点（Fog Node, F）：中间计算节点，处理数据并加密存储至云端。
3. 区块链网络（B）：以太坊平台，部署智能合约（Judge Contract J 和 Controller Contract S）以调解纠纷。
4. 云端（Cloud, CL）：存储加密数据（文件f'）。
5. 客户（Client, C）：付费访问数据的终端用户（如制造商）。
研究分为三个核心阶段：
阶段1：初始化
- 所有参与方生成密钥对（基于双线性映射的PRE方案），并注册至区块链。
阶段2：数据生成与存储
1. 数据生成：IIoT设备加密数据mi发送至雾节点。
2. 数据处理：雾节点解密mi，汇总为文件f，使用AES加密为f'存储至云端。
3. 密钥管理：雾节点通过PRE加密文件密钥kf，生成重加密密钥rkf→c，供未来客户解密使用。
阶段3：数据请求与检索
1. 请求验证：客户支付费用后，云端通过智能合约验证其访问权限。
2. 公平交换：
- 云端发送加密文件f'至客户，同时雾节点通过区块链共享解密密钥kf。
- 智能合约确保任何一方欺诈（如未交付数据或拒付费用）将触发自动惩罚。
创新方法：
- 改进的PRE方案：简化了文献[33]的密文有效性检查步骤，将其委托至区块链执行，降低计算开销。
- 双智能合约设计：J负责文件交换的公平性，S管理访问策略与密钥分发。
通过六种对抗场景（如雾节点与云端合谋）证明：
- 安全性：只要至少一方诚实，FairShare可保障数据真实性、隐私性和公平性。
- 抗合谋攻击：智能合约的不可篡改性防止了恶意参与方的串通行为。
理论分析：
- 通信开销恒定（256字节），与文件大小无关。
- 以太坊部署成本为1.01美元，适合工业场景。
实验验证：
1. 仿真测试：
- 文件加密/解密时间在1MB内呈线性增长（AES-GCM并行化优势）。
- 区块链执行时间占总体开销的99.8%，但关键操作（如元数据存储）为一次性任务。
2. 测试床实验：
- 使用树莓派模拟IIoT设备，验证方案在多雾节点环境下的可扩展性。
- 10MB文件的数据检索时间约1分钟，满足非实时性工业需求。
科学价值：
- 首次将区块链的公平交换机制与PRE结合，解决IIoT多用户数据共享的信任问题。
- 提出可证明安全的对抗模型，支持合谋攻击场景下的安全性分析。
应用价值：
- 为工业4.0提供低开销、高可用的数据共享方案，尤其适用于供应链协同与设备监控场景。
- 通过以太坊实现的原型具备实际部署潜力，代码已开源。
该研究为工业物联网数据共享提供了兼具理论严谨性与工程实用性的解决方案，其方法论与实验结果对区块链与IIoT的交叉领域具有重要参考意义。