CN109472601A - 可监管隐私交易的区块链架构 - Google Patents
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Abstract
本发明一种可监管隐私交易的区块链架构,其包含CA节点、审核节点和监管节点,CA节点为所有节点颁发数字证书;所述审核节点审核CA节点的数字证书颁发请求及其他节点的隐私交易;有监管节点,其用于区块链健康状态实时监控、CA准入审计、隐私交易和隐私数据审计;发起隐私交易的节点向审核节点申请验证,经过审核节点验证后的隐私交易不需要再进行验证,直接被打包进区块,链上仅存储隐私交易的哈希值与审核节点的签名。
Description
技术领域
本发明涉及区块链,尤其是一种引入CA节点、审核节点和监管节点的可监管隐私交易的区块链架构。
背景技术
现有的很多公链交易都是公开透明的,例如:比特币,以太坊,EOS等。虽说公链的交易账户都是匿名的,但由于每笔交易的发起者,接受者,交易的金额都是公开透明的,通过追寻交易记录,仍然可以通过间接的方式,查询到匿名账户对应于真实世界的某个具体个人。因此,交易的隐私保护是区块链技术研究中需要着力解决的问题。
现有的隐私保护技术都有一定的缺陷:
交易证明过大:如Confidential Transaction、zk-STARKs;
效率较低:如zk-SNARKs、Stealth Addresses;
存在安全隐患:如Mixer。
除此之外,现阶段的区块链系统普遍缺乏监管机制。
以J.P.Morgan Quorum为例,项目采用的隐私保护方案:
账户A将隐私交易Tx-AB(接收者是账户B)发送到节点A,节点将A和B的公钥添加到交易内容中。
节点A将Tx-AB发送给Transcation Manager模块,该模块:
第一步:生成一个对称密钥。
第二步:用对称密钥加密Tx-AB。
第三步:用SHA512计算加密后的Tx-AB的内容的hash值。
第四步:用A和B的公钥加密第一步中的对称密钥。
第五步:记录上述四步中的数据到审核节点中,并且以加密交易hash作为key。
节点A将Transcation Manager模块产生的数据,通过加密通道传输给节点B,节点B给出ACK应答。
节点A收到节点B的应答后,将加密后的交易hash,以及隐私标记位广播给全网其他节点,进行打包出块。
全网其他节点在执行交易时,如果发现该笔交易是隐私交易并且与自身无关,则忽略。
节点A或者B在执行交易时,发现是隐私交易,则用自己的私钥解密获取对称密钥,然后用对称密钥解密交易Tx-AB,然后执行解密后的交易,并将交易结果保存在本地的隐私账户中。
J.P.Morgan Quorum项目采用的隐私保护方案,只能是参与隐私交易的节点保存隐私数据,数据的安全性比较差,并且数据的正确性验证只能由参与的两个隐私节点验证,不能引入第三方参与到隐私交易中来,扩展性差。
发明内容
本发明的目的在于解决区块链上交易的隐私保护和监管问题,通过引入CA节点、审核节点和监管节点,可以实现隐私交易的快速验证,以及区块链交易和数据等的审计监控。
本发明首先提供了一种可监管隐私交易的区块链架构,其包含审核节点,所述审核节点审核其他节点的隐私交易;发起隐私交易的节点向审核节点申请验证,经过审核节点验证后的隐私交易不需要再进行验证,直接被打包进区块,链上仅存储隐私交易的哈希值与审核节点的签名。
该系统还包含CA节点、其为所有节点颁发数字证书,所述审核节点会审核CA节点的数字证书颁发请求。
该系统进一步包含有监管节点,其用于区块链健康状态实时监控、CA准入审计、隐私交易和隐私数据审计。
本发明基于上述审核节点的架构提出一种基于可监管隐私交易的区块链架构下的交易流程,如下:
步骤1:节点A发起隐私交易Tx-AB,同时生成AES密钥,用AES密钥将交易进行加密,并计算交易Tx-AB的哈希值HAB,再用审核节点的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给审核节点;
步骤2:审核节点解密并验证隐私交易Tx-AB,验证通过后对交易哈希值HAB进行签名,然后将签名发送给A;
步骤3:节点A用S1中相同的AES密钥将交易进行加密,再用节点B的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给节点B;
步骤4:节点B收到隐私交易Tx-AB后发送确认信息给节点A;
步骤5:节点A广播Tx-AB的哈希值与审核节点的签名;
步骤6:其他节点收到隐私交易的哈希值和审核节点的签名后直接将其打包进区块;
步骤7:节点A和节点B接收到包含Tx-AB的区块后将交易解密,执行交易并更新私有状态。
本发明基于上述审核节点的架构提出另一种基于可监管隐私交易的区块链架构下的交易流程,如下:
步骤1:节点A发起隐私交易Tx-AB,同时生成AES密钥,用AES密钥将交易进行加密,并计算交易Tx-AB的哈希值HAB;节点A用审核节点的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给审核节点;节点A再用节点B的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给节点B;
步骤2:审核节点解密并验证隐私交易Tx-AB,验证通过后对交易哈希值HAB进行签名,然后将签名发送给节点A;
步骤3:节点B收到隐私交易Tx-AB后发送确认信息给节点A;
步骤4:节点A广播Tx-AB的哈希值与审核节点的签名;
步骤5:其他节点收到隐私交易的哈希值和审核节点的签名后直接将其打包进区块;
步骤6:节点A和节点B接收到包含Tx-AB的区块后将交易解密,执行交易并更新私有状态。
本发明还提出了一种针对上述隐私交易的挑战流程,所述挑战流程通过隐私验证系统合约C完成:
挑战者对哈希值为HAB的隐私交易进行挑战,提交挑战请求到隐私验证系统合约C;同时,挑战者和审核节点各自抵押一定的资产到隐私验证系统合约C;
审核节点向交易发起者A提出挑战请求;
A采用zk-SNARKs协议产生交易Tx-AB的零知识证明并交给隐私验证系统合约C进行验证;
隐私验证系统合约C验证收到的零知识证明,验证通过则挑战失败,否则挑战成功;
挑战成功则合约内抵押的资产全部奖励给挑战者,审核节点信誉降低;挑战失败则抵押在合约内的资产奖励给审核节点与节点A;审核节点的信誉小于设定值则失去审核资格,同时没收最初抵押的所有资产。
本发明的优点可以为如下几点。
1、蓝石链采取分权制衡的方式,通过加入CA节点、审核节点与监管节点,实现节点准入、交易的隐私保护和区块链的有效监管。
2、高效:隐私交易只需审核节点验证,大大提高了效率;链上只需存储隐私交易的哈希值,减小了区块链的负载。
3、安全:加入CA准入机制,只有授权节点才能加入区块链;审核机制、挑战机制和监管机制可以保证隐私交易和数据的安全可信;审核节点可以是一个集群负责存储以及处理验证隐私交易,增加了数据的安全性,并且可以为政府部门提供权限查看隐私交易,使得隐私交易可以接收国家的监管。
4、可监管:实现对区块链系统的穿透式监管。监管节点可以实时监控区块链系统的健康状态,并对隐私交易、隐私数据和其他节点的行为进行审计。
附图说明
图1为本发明中分权制衡的隐私保护与监管方案的概念图。
图2为发明中包含审核节点的区块链系统中发起隐私交易的流程图。
图3为发明中其他任意节点向该隐私交易发起挑战的流程。
具体实施方式
本发明中涉及到的几个概念介绍如下:
CA中心:为每个使用公开密钥的用户发放一个数字证书,数字证书的作用是证明证书中列出的用户合法拥有证书的公开密钥。
零知识证明:指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下,使验证者相信某个论断是正确的。证明者向验证者证明并使其相信自己知道或拥有某一消息,但证明过程不能向验证者泄漏任何关于被证明消息的信息。
zk-SNARKs:(Zero-Knowledge Succinct Non-interactive ARguments ofKnowledge)一种非交互零知识证明协议,采可以对交易双方地址和交易金额进行隐藏,最大程度地保护了交易的隐私。
请参阅图1,CA节点实现节点准入机制,为其他节点(普通节点、审核节点、监管节点)颁发数字证书用于身份认证等过程。
审核节点审核CA的证书颁发请求以及其他节点的隐私交易,隐私交易只需审核节点验证,在链上只需广播交易的哈希值和审核节点的签名,大大提高了系统的安全性和性能。
监管节点用于区块链健康状态实时监控、CA准入审计、隐私交易和隐私数据审计等过程。
这里,每个节点都有一个公共账本和私有账本。隐私交易只需向审核节点申请验证,经过审核节点验证后的交易不需要再进行验证,可直接被打包进区块,链上仅存储交易的哈希值与审核节点的签名。
请参阅图2所示,其为在包含审核节点的区块链系统中发起隐私交易的流程图,其包含如下步骤:
步骤1:节点A发起隐私交易Tx-AB,同时生成AES密钥,用AES密钥将交易进行加密,并计算交易Tx-AB的哈希值HAB,再用审核节点的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给审核节点。
步骤2:审核节点解密并验证隐私交易Tx-AB,验证通过后对交易哈希值HAB进行签名,然后将签名发送给A。
步骤3:节点A用S1中相同的AES密钥将交易进行加密,再用节点B的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给节点B。
步骤4:节点B收到隐私交易Tx-AB后发送确认信息给节点A。
步骤5:节点A广播Tx-AB的哈希值与审核节点的签名。
步骤6:其他节点收到隐私交易的哈希值和审核节点的签名后直接将其打包进区块。
步骤7:节点A和节点B接收到包含Tx-AB的区块后将交易解密,执行交易并更新私有状态。
上述步骤1和步骤3,可以同时,也可以先后,即:节点A向B发起的隐私交易,可以先向审核节点提出审核,再向节点B发送,也可以同时进行。步骤1和步骤3合并后新的步骤1’,具体内容如下。
步骤1’:节点A发起隐私交易Tx-AB,同时生成AES密钥,用AES密钥将交易进行加密,并计算交易Tx-AB的哈希值HAB;节点A用审核节点的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给审核节点;节点A再用节点B的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给节点B。
步骤2’:审核节点解密并验证隐私交易Tx-AB,验证通过后对交易哈希值HAB进行签名,然后将签名发送给节点A。
后续步骤与上述相同。
通过加入挑战机制进一步提高区块链的安全。任何节点都可对审核节点的验证结果进行挑战,挑战成功将获得奖励,反之则受到惩罚。请参阅图3所示,为发明中其他任意节点向该隐私交易发起挑战的流程,本挑战通过隐私验证系统合约C来完成,挑战步骤如下:
步骤1:挑战者对哈希值为HAB的隐私交易进行挑战,提交挑战请求到隐私验证系统合约C;同时,挑战者和审核节点各自抵押一定的资产到合约C;
步骤2:审核节点向交易发起者A提出挑战请求;
步骤3:A采用zk-SNARKs协议产生交易Tx-AB的零知识证明并交给合约C进行验证;
步骤4:合约C验证收到的零知识证明,验证通过则挑战失败,否则挑战成功;
步骤5:挑战成功则合约内抵押的资产全部奖励给挑战者,审核节点信誉降低;挑战失败则抵押在合约内的资产奖励给审核节点与节点A。审核节点的信誉小于设定值则失去审核资格,同时没收最初抵押的所有资产。
Claims (6)
1.可监管隐私交易的区块链架构,其特征在于:包含审核节点,所述审核节点审核其他节点的隐私交易;发起隐私交易的节点向审核节点申请验证,经过审核节点验证后的隐私交易不需要再进行验证,直接被打包进区块,链上仅存储隐私交易的哈希值与审核节点的签名。
2.如权利要求1所述的可监管隐私交易的区块链架构,其特征在于:还包含CA节点、其为所有节点颁发数字证书,所述审核节点会审核CA节点的数字证书颁发请求。
3.如权利要求1或2所述的可监管隐私交易的区块链架构,其特征在于:还包含有监管节点,其用于区块链健康状态实时监控、CA准入审计、隐私交易和隐私数据审计。
4.一种基于可监管隐私交易的区块链架构下的交易流程,其特征在于:
步骤1:节点A发起隐私交易Tx-AB,同时生成AES密钥,用AES密钥将交易进行加密,并计算交易Tx-AB的哈希值HAB,再用审核节点的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给审核节点;
步骤2:审核节点解密并验证隐私交易Tx-AB,验证通过后对交易哈希值HAB进行签名,然后将签名发送给A;
步骤3:节点A用S1中相同的AES密钥将交易进行加密,再用节点B的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给节点B;
步骤4:节点B收到隐私交易Tx-AB后发送确认信息给节点A;
步骤5:节点A广播Tx-AB的哈希值与审核节点的签名;
步骤6:其他节点收到隐私交易的哈希值和审核节点的签名后直接将其打包进区块;
步骤7:节点A和节点B接收到包含Tx-AB的区块后将交易解密,执行交易并更新私有状态。
5.一种基于可监管隐私交易的区块链架构下的交易流程,其特征在于:
步骤1:节点A发起隐私交易Tx-AB,同时生成AES密钥,用AES密钥将交易进行加密,并计算交易Tx-AB的哈希值HAB;节点A用审核节点的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给审核节点;节点A再用节点B的公钥加密AES密钥,将加密后的隐私交易、交易的哈希值和加密过的AES密钥一起发送给节点B;
步骤2:审核节点解密并验证隐私交易Tx-AB,验证通过后对交易哈希值HAB进行签名,然后将签名发送给节点A;
步骤3:节点B收到隐私交易Tx-AB后发送确认信息给节点A;
步骤4:节点A广播Tx-AB的哈希值与审核节点的签名;
步骤5:其他节点收到隐私交易的哈希值和审核节点的签名后直接将其打包进区块;
步骤6:节点A和节点B接收到包含Tx-AB的区块后将交易解密,执行交易并更新私有状态。
6.如权利要求4或5中一种可监管隐私交易的区块链架构下的交易流程,其特征在于:任一节点可以向审核节点发起挑战流程,所述挑战流程通过隐私验证系统合约C完成:
挑战者对哈希值为HAB的隐私交易进行挑战,提交挑战请求到隐私验证系统合约C;同时,挑战者和审核节点各自抵押一定的资产到隐私验证系统合约C;
审核节点向交易发起者A提出挑战请求;
A采用zk-SNARKs协议产生交易Tx-AB的零知识证明并交给隐私验证系统合约C进行验证;
隐私验证系统合约C验证收到的零知识证明,验证通过则挑战失败,否则挑战成功;
挑战成功则合约内抵押的资产全部奖励给挑战者,审核节点信誉降低;挑战失败则抵押在合约内的资产奖励给审核节点与节点A;审核节点的信誉小于设定值则失去审核资格,同时没收最初抵押的所有资产。
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