一个经过认证且安全的国际会计系统

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英文标题：
《An authenticated and secure accounting system for international
  emissions trading》
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作者：
Chenxing Li, Yang Yu, Andrew Chi-Chih Yao, Da Zhang, Xiliang Zhang
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最新提交年份：
2020
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分类信息：

一级分类：Economics        经济学
二级分类：General Economics        一般经济学
分类描述：General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
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一级分类：Computer Science        计算机科学
二级分类：Cryptography and Security        密码学与安全
分类描述：Covers all areas of cryptography and security including authentication, public key cryptosytems, proof-carrying code, etc. Roughly includes material in ACM Subject Classes D.4.6 and E.3.
涵盖密码学和安全的所有领域，包括认证、公钥密码系统、携带证明的代码等。大致包括ACM主题课程D.4.6和E.3中的材料。
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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英文摘要：
  Expanding multi-country emissions trading system is considered as crucial to fill the existing mitigation gap for the 2\\degree C climate target. Trustworthy emissions accounting is the cornerstone of such a system encompassing different jurisdictions. However, traditional emissions measuring, reporting, and verification practices that support data authenticity might not be applicable as detailed data from large utilities and production facilities to be covered in the multi-country emissions trading system are usually highly sensitive and of severe national security concern. In this study, we propose a cryptographic framework for an authenticated and secure emissions accounting system that can resolve this data dilemma. We demonstrate that integrating a sequence of cryptographic protocols can preserve data authenticity and security for a stylized multi-country emissions trading system. We call for more research to promote applications of modern cryptography in future international climate governance to build trust and strengthen collaboration.
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PDF下载：
--> An_authenticated_and_secure_accounting_system_for_international_emissions_trading.pdf (392.54 KB)

2022-4-24 17:05:14 上传

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关键词：国际会计 会计系 Cryptography Quantitative Collaboratio

一个经过认证且安全的国际排放交易会计系统陈兴利，+，杨宇1,3，+，Andrew Chi Chih Yao 1,3，*，Da Zhang 2，*，Xiliangzhang 2，*1跨学科信息研究所，清华大学2能源、环境与经济研究所，清华大学3上海齐之研究所扩大多国排放交易体系被认为是填补现有2°C气候目标缓解差距的关键。可靠的排放核算是涵盖不同司法管辖区的sucha体系的基石。然而，支持数据真实性的传统排放测量、报告和验证实践可能不适用，因为多国排放交易系统中涵盖的大型公用事业和生产设施的详细数据通常高度敏感，并具有严重的国家安全问题。在这项研究中，我们提出了一个经过认证的安全排放核算系统的密码框架，可以解决这种数据困境。我们证明，集成一系列加密协议可以为一个程式化的多国排放交易系统保持数据的真实性和安全性。我们呼吁开展更多研究，促进现代密码技术在未来国际气候治理中的应用，以建立信任并加强合作。+这些作者的贡献不相上下。*通讯作者。电子邮件：andrewcyao@tsinghua.edu.cn（姚家富），zhangda@tsinghua.edu.cn（大张）张_xl@tsinghua.edu.cn（张锡良）多国排放交易计划（ETS）是促进缓解气候变化国际合作、增强各国雄心的关键机制。多国ETS可以通过允许各国直接投资于有害生物减排机会来降低减排成本。

EU-ETS已经证明，该计划在协调减少碳排放的多边努力方面取得了初步成功[1]。一个根本性的信任问题阻碍了多国司法管辖权的进一步扩大。在典型的多国ETS环境中，不同国家的覆盖企业交易其排放许可证，以满足在每个合规周期（例如，一年）结束前提交与其排放量相同数量的许可证的要求。因此，可靠地报告企业级排放数据是ETS正常运行的先决条件。然而，一旦排放以价格进行交易，企业就有动机误报甚至操纵其排放数据[7]，从而损害对ETS的信任。在中央权威机构（如国家ZF或超国家环境监管机构）的背景下，现有研究表明，对一部分企业实施（至少部分）随机排放验证是一种有效的解决方案[7,8,23]。通过检查颗粒排放（和生产）数据，并检查生成颗粒数据的计量设备的运行状态，经授权的可信赖验证人员可以进行现场访问，以验证企业的自我报告数据。因此，一个有效的测量、报告和验证（MRV）系统可以有效地防止企业误报数据，该系统将企业暴露于随机验证之下。然而，在典型的多国环境下，随机验证带来了重大挑战。尽管各国可能会同意允许一部分企业接受验证，但由于数据真实性和数据安全性之间存在权衡，因此出现了数据困境。

一方面，符合某些国际数据质量标准的颗粒排放数据需要在生成后保持不受干扰，并随时准备进行可能的验证。另一方面，这些颗粒数据高度敏感，通常包含与商业秘密和国家安全相关的机密信息，因为多国ETS覆盖的大型排放设施通常是与能源基础设施或先进技术开发相关的战略单位。因此，如果在许多情况下，为可能的验证而准备的粒度数据——企业级累计排放数据——以及面临未经授权的暴露风险，大多数企业和国家都会认为这是不可接受的。然而，确保验证本身的真实随机性也是一个挑战。一些公司（出于安全或报告质量方面的考虑）总是不愿意被选中，并且有动机影响随机化过程。如果不完全相信企业选择过程能够保证企业、国家或其他敌对方潜在干预的真实随机性，参与验证的企业和国家就无法在没有任何争议的情况下充分合作。为了应对这些挑战，我们在全球气候治理领域引入了现代密码学。现代密码学发展了数学理论[6,11,19,22]和算法[10,12]，以解决涉及信息真实性和安全性的通信挑战，在许多环境中建立信任并确保固有的安全性。除了隐藏信息以防误用之外，密码学还可以实现信息绑定，防止各方更改其提交的数据，并确保信息承诺[2,4]。

例如，著名的“从系统需求到密码问题”CryptoCurrency（比特币[16]）有一个变体[20]，它可以利用两个加密工具——规模承诺和零知识证明[5]，确保交易的有效性和隐私性，而无需一个人人都信任的中央机构。这些加密工具的概念也被用来设计解决全球治理问题的新方案，例如核武器控制[9]。在本文中，我们将多国ETS中平衡数据真实性和数据安全的数据困境转化为一系列信息隐藏和绑定问题。我们证明了密码系统可以解决这些问题，并在不损害敏感数据安全的情况下建立数学上可验证的信任关系。从系统要求到密码问题从排放核算系统的角度来看，我们描述了一个程式化的排放核算系统，以促进我们对解决数据困境的讨论。这一设置可能不完全符合当前在不同司法管辖区采用的会计核算方法，但我们认为，我们认为这里的关键特征符合未来多国ETS理想的技术和规则的趋势。我们专注于多国ETS（以下简称ETS）特定国家的企业、该国政府（以下简称国家）、授权国际审计委员会（以下简称验证人）之间的互动。我们首先假设企业都是大型固定来源，确保通过现场检查随机验证有意义的企业子集是可行的。我们进一步假设，在向大气排放二氧化碳的所有覆盖企业的烟囱中都部署了连续排放监测仪表。

这些仪表应遵守国际公认的标准，以收集颗粒排放数据（例如，每小时的一氧化碳浓度和流速）。这些粒度数据可用于计算一个合规周期内的企业级聚合任务。一旦收集到颗粒物排放数据，应将其存储在安全的本地存储库中，该存储库不可篡改，并随时准备进行可能的验证。然后，企业私下向国家报告其总排放量数据，并被允许不披露总排放量数据。然后，该国汇总其三个基础内的企业级排放量，并公布国家级的总排放量。国家一级的排放量对于跟踪在实现《巴黎协定》规定的国家自主贡献（NDC）方面取得的进展非常重要。系统中嵌入了随机验证机制。我们假设该国提供了其边界内企业的完整列表，并同意随机的一部分企业可以接受现场检查，其颗粒和企业级排放数据将暴露于核查人员的密切检查。

因此，如果企业操纵仪表来模糊颗粒排放数据或误报任何数据，就会面临被抓住的有效威胁。为了确保该会计系统的数据真实性和安全性，需要通过加密技术保证以下功能各方均接受验证的企业清单的随机性。1从系统要求到密码问题o对于选择进行验证的公司，其报告的数据是可验证的，这意味着在报告过程的任何步骤中都可以检测到数据误报。o对于未被选中进行验证的企业，其他人看不到它们的颗粒和聚合排放数据可以证实，该国已如实报告了国家级排放量。密码协议设计问题我们将上述系统要求转化为密码协议设计问题，描述如下。1.公司i以短时间间隔（例如，小时）收集颗粒物排放数据，用符合国际商定标准的仪表测量。其在某一小时内的排放量h isei，h。所有颗粒排放数据都附有仪表的数字签名，因此企业不能篡改原始数据。然后将排放数据和签名存储在安全的本地存储库中，以防止篡改或破坏。该公司通过汇总所有小时排放量（Ei=Phei，h），计算其在一个合规周期（如一年）内的总排放量Ei。然后，该公司将EIC转化为一个承诺的信息中心，并将其发布。该公司私下向全国报告EI以及计算CIT的必要投入。2.国家进行检查，以确保所有ciare计算正确，然后公布国家级排放总量E，其中E=PiEi。3.该国还向核查人员提供了一份完整的索引公司列表。

验证人和国家合作生成验证所需的随机企业子集。如果选择了公司i，则需检查电表操作和报告流程，以检查ei、his是否正确生成和签署。企业还应披露计算ci时的EI和必要输入。验证人将检查是否正确生成了CI。很明显，我们需要为以下三个加密任务设计协议，所有这些都是经过充分研究的加密原语[10]。o（隐藏和绑定）当一家公司将其排放数据转换为已提交的消息ci时，其他人无法从ci（隐藏）中推断出EI。一旦提交，该公司就不能指定其他可以转换为同一ci（具有约束力）的不同值<<Ei6=>>（随机列表生成）验证人和国家共同选择一部分公司。任何一方都没有能力影响任何公司被选中的可能性（验证总和）验证人可以检查E的计算是否正确，即使验证人看不到所有EI。我们考虑了Ei在转换EI to CI中遵循算法的情况，但也可以将其与实际数据进行比较。2.构造协议构造协议在这一节中，我们用[k]来表示集合{x∈ Z | 1≤ 十、≤ k} ，其中k是一个整数。密码学依靠一种称为椭圆曲线组的特殊数学工具来构造各种协议。

椭圆曲线群由椭圆曲线上的一组点组成（例如，y=x+x+7）。在这些点上定义了加法运算。对于椭圆曲线上的给定点P，我们用P+P表示加法运算的结果，用a·P表示a∈ Z+表示P+···+P |{Z}重复一次。存在一个特殊的起点G，从该起点G可以生成一系列点G，2·G，3·G，·G，并具有以下性质：1。n·G在n中是周期的，它的周期是一个大的素整数q，这意味着n·G=（n+q）·G.2。对于一个随机n，很难从n·G中推断出n，这意味着使用现代计算机资源进行推断需要十年时间。密码学文献[13,15,18]确定了椭圆曲线的具体选择，以及可以生成椭圆曲线群的起点G。承诺通过椭圆曲线群，可以构造一个承诺方案[17]。直觉上，承诺计划类似于安全保险箱。提交者可以将一些数据放入这个保险箱，并将其传输给其他人。除非提交人提供保险箱的钥匙，否则其他人无法了解保险箱中的数据。此属性可以称为隐藏属性。提交人将保险箱传输给其他人后，提交人不能再更改保险箱中的数据。此属性称为绑定属性。形式上，选择椭圆曲线和起点G，承诺方案由三个算法组成：o设置：某人从[q]中采样一个秘密随机值h-1] 并计算公共价值h=h·G，这意味着h应向提交人披露，但h应与提交人保密。

（回想一下椭圆曲线群的性质1，q是序列G，2·G，·的周期。）提交（将数据放入保险箱）：为了提交一个整数0≤ m<q时，委员会从[q]中选择一个随机值r，并计算出承诺值c=m·G+r·H。我们在下文中使用fH（m，r）来表示m·G+r·H披露承诺（打开保险箱）：当要求提交人打开保险箱时，提交人应披露m和r，并检查等式c=fH（m，r）。椭圆曲线群还包含一个特殊点，称为内点。为了简单起见，这里我们省略它。加法运算具有交际性和联想性。对于任意点P，0·G+P=P。本质上，0·G是一个统一点。2.构造协议一方面，上述算法可以实现隐藏特性。注意fH（m，r）=m·G+r·H=（m+r·H）·G。由于r是随机的，根据初等数论，m+r·H模q也是随机的。fH（m，r）的随机性隐藏了关于m的信息。另一方面，算法也可以实现绑定特性。提交人无法在提交后对数据进行压缩。椭圆曲线群的属性2表示，提交人无法从h中推断出h，因此它进一步保证提交人无法找到m6=m和另一个满足fH（m，r）=fH（m，r）的值，从而在披露承诺时篡改数据。隐藏和约束承诺计划是我们提议的排放核算体系的基石。每个企业i使用FH功能将企业级排放EI转换为包含EI信息的安全城市，并将其发布。它可以通过以下隐藏和绑定协议进行形式化。隐藏和绑定协议1。验证人对承诺进行设置，并发布H.2。