CN112906073A - 一种区块链机密计算通用模型的实现方法 - Google Patents

一种区块链机密计算通用模型的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明实现一种区块链机密计算通用模型的实现方法,本发明在原有的能链开放许可链节点上，增加了隐私交易执行引擎被包围容器模块。隐私交易虚拟机引擎，提出了一种区块链机密计算通用模型的实现方法，来对链上的用户账户和智能合约账户进行隐私交易。

Description

一种区块链机密计算通用模型的实现方法
技术领域
本发明属于能链开放许可链领域,具体涉及基于一种区块链机密计算通用模型的实现方法的方法。
背景技术
在能链区块链中，用户的账户通常由私钥生成，而非用户名和密码组成。分布式的账户体系大大提高了账户的安全性，同时也带来了使用不方便和推广难度大等问题。建立中心化的托管账户体系大大提高了易用度，但同时由于私钥的托管，提高了风险。
区块链是由多个分布式节点参与的分布式数据账本，它具有不可篡改、伪造的特点。区块链由一串通过密码学方法产生的区块构成，每一个区块都包含了上一个区块的哈希值(hash)，从创始区块直至到当前区块，形成链条。
在区块链中，用户的账户由三个部分组成：私钥，公钥，以及账户地址。私钥通过随机数算法生成，并根据私钥生成公钥和相应的地址，整个过程不可以。用户可以使用私钥对交易去进行签名，签名后的交易在节点处被执行的过程中可以提取出公钥，并验证签名的合法性。
发明内容
在本发明中，本发明解决的技术问题：提出了一种区块链机密计算通用模型的实现方法，降低用户使用区块链的门槛。
为克服现有技术的不足,本发明提供一种区块链机密计算通用模型的实现方法,为达此目的,本发明采用以下技术方案：步骤一、在能链区块链中，使用特殊指令集扩展，将硬件安全作为强制性保障指标,不依赖于固件和软件的安全状态,以提供用户空间的可信执行环境，在特殊指令集扩展内部的模型解析器以及栈式虚拟机二进制指令格式运行时，作为能链区块链通用计算模型；步骤二、能链区块链通用计算模型包括有公式模型计算器，所述公式模型计算器以定义的模型，输入参数为输出，返回相应的计算结果的代码片段，所述定义的模型的公式1如下：1.57+if(1<0,$attr_1$,if(5>4,$attr_1$,cos($attr_2$)))；公式1；
其中，$attr_1$,$attr_2$为待替换的输入参数，cos为余弦函数，在公式模型计算器执行过程中，根据需求将输入参数进行替换，并执行公式1；
步骤三、能链区块链通用计算模型包括有虚拟机环境下的栈式虚拟机二进制指令格式，运行时栈式虚拟机二进制指令格式是一个可移植并且兼容Web的全新格式，并根据需求设定栈式虚拟机二进制指令格式完整的语义和语法，从而实现栈式虚拟机二进制指令格式作为体积小且加载快的二进制指令格式，以充分发挥硬件能力以达到原生执行效率；
步骤四、虚拟机环境下的栈式虚拟机二进制指令格式作为一个独立的二进制指令，运行时，栈式虚拟机二进制指令格式服务于容量小的设备，通过安装虚拟机环境下的的栈式虚拟机二进制指令格式，读取任务程序读取外部的栈式虚拟机二进制指令格式的文件，并在相应的虚拟机上执行编译程序逻辑；
步骤五、构建被包围容器内部的加密模块，同时在被包围容器创建过程中，加密模块会用rsa算法初始化一对公钥和私钥；被包围容器的私钥会保存在内存中，并将公钥登记到区块链中；
步骤六、设定数据源和数据计算结果使用方的功能；数据源提供相应的数据，数据计算结果使用方提供计算模型；并使用被包围容器内部的公钥去加密后发送至特殊指令集扩展，保证计算的可信和隐私；
步骤七、数据网关对来自于不同参与方的数据进行汇总，并将不同参与方的数据作为输入数据O，发送至被包围容器内部进行解密；
被包围容器内部通过公式模型计算器和栈式虚拟机二进制指令格式对解密后的输入数据D进行运算，并将运算结果使用数据计算结果使用方的公钥进行加密，发送到数据源和数据计算结果使用方；
模型的提供者使用公式模型计算器定义完整公式，不需要进行编程和打包相应的程序；A1.首先定义在公式模型计算器中支持的运算类型和优先级；运算类型包括有：ai.逻辑表达式；aii.数学表达式及常用的数学函数，包括有三角函数、条件表达式；aiii.将字符串的表达式映射为相应的计算规则；A2.对字符串进行处理，当数据网关将输入数据O送至被包围容器解密后得到输入数据D，被包围容器的内部需要对输入数据D中表达式进行相应的处理；相应的处理分为两个部分：bi.进行字符串和输入参数的替换，将所有参数类型的字符串用实际数字进行替换；bii.将处理后的字符串将中缀表达式形式转换为计算机更容易识别与处理的逆波兰表达式；A3.对经过预处理的逆波兰表达式进行入栈操作，根据运算的优先级和出栈操作依次执行结果；
步骤八、开始栈式虚拟机二进制指令格式运行时的移植；当使用栈式虚拟机二进制指令格式运行时，需要模型的提供者编写相应的c/rust代码，并将相应的c/rust代码打包成栈式虚拟机二进制指令格式的二进制文件代码；栈式虚拟机二进制指令格式运行时支持所有复杂的运算，包括但不限于json数据的解析，数据结构的定义，以及复杂的for循环语句，提供图灵完备的计算能力；
步骤九、使用栈式虚拟机二进制指令格式运行时需要由不同参与方自己定义模型；栈式虚拟机二进制指令格式运行时的移植嵌入过程如下：
B1.将虚拟环境下的栈式虚拟机二进制指令格式中的所有系统调用通过ocall函数来实现；由于在特殊指令集扩展中不提供系统调用，需要借助外部的操作系统调用来实现，操作系统调用包括有时钟，以及pthread库；
B2.被包围容器中的程序无法读取外部文件系统的文件，需要在不可信环境下读取栈式虚拟机二进制指令格式的二进制文件，并通过字节流的方式送入被包围容器中。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本发明技术方案一种构建链上隐私交易的方法过程为：
可信计算硬件系统，通过引入新的指令集和内存访问机制等扩展，允许用户在其之上运行成为被包围容器的可信应用容器，并提供了远程认证等功能。
目前在特殊指令集扩展中运行相应的程序，需要针对具体的业务场景开发相应的代码，并经历重新打包、编译、签名、加载与启动的过程。这样的过程包括有：在能链区块链中，使用特殊指令集扩展，将硬件安全作为强制性保障指标,不依赖于固件和软件的安全状态,以提供用户空间的可信执行环境，在特殊指令集扩展内部的模型解析器以及栈式虚拟机二进制指令格式运行时，作为能链区块链通用计算模型；能链区块链通用计算模型包括有公式模型计算器，所述公式模型计算器以定义的模型，输入参数为输出，返回相应的计算结果的代码片段，所述定义的模型的公式1如下：
1.57+if(1<0,$attr_1$,if(5>4,$attr_1$,cos($attr_2$)))；公式1；
其中，$attr_1$,$attr_2$为待替换的输入参数，cos为余弦函数，在公式模型计算器执行过程中，根据需求将输入参数进行替换，并执行公式1；
能链区块链通用计算模型包括有虚拟机环境下的栈式虚拟机二进制指令格式，运行时栈式虚拟机二进制指令格式是一个可移植并且兼容Web的全新格式，并根据需求设定栈式虚拟机二进制指令格式完整的语义和语法，从而实现栈式虚拟机二进制指令格式作为体积小且加载快的二进制指令格式，以充分发挥硬件能力以达到原生执行效率；
虚拟机环境下的栈式虚拟机二进制指令格式作为一个独立的二进制指令，运行时，栈式虚拟机二进制指令格式服务于容量小的设备，通过安装虚拟机环境下的的栈式虚拟机二进制指令格式，读取任务程序读取外部的栈式虚拟机二进制指令格式的文件，并在相应的虚拟机上执行编译程序逻辑；
构建被包围容器内部的加密模块，同时在被包围容器创建过程中，加密模块会用rsa算法初始化一对公钥和私钥；被包围容器的私钥会保存在内存中，并将公钥登记到区块链中；
设定数据源和数据计算结果使用方的功能；数据源提供相应的数据，数据计算结果使用方提供计算模型；并使用被包围容器内部的公钥去加密后发送至特殊指令集扩展，保证计算的可信和隐私；
数据网关对来自于不同参与方的数据进行汇总，并将不同参与方的数据作为输入数据O，发送至被包围容器内部进行解密；
被包围容器内部通过公式模型计算器和栈式虚拟机二进制指令格式对解密后的输入数据D进行运算，并将运算结果使用数据计算结果使用方的公钥进行加密，发送到数据源和数据计算结果使用方；
模型的提供者使用公式模型计算器定义完整公式，不需要进行编程和打包相应的程序；A1.首先定义在公式模型计算器中支持的运算类型和优先级；运算类型包括有：ai.逻辑表达式；aii.数学表达式及常用的数学函数，包括有三角函数、条件表达式；aiii.将字符串的表达式映射为相应的计算规则；A2.对字符串进行处理，当数据网关将输入数据O送至被包围容器解密后得到输入数据D，被包围容器的内部需要对输入数据D中表达式进行相应的处理；相应的处理分为两个部分：公式模型计算器实现过程如下：
1.首先定义在公式模型计算器中支持的运算类型和优先级。在本专利中，支持的运算由以下几种类型：
i.逻辑表达式。
ii.数学表达式及常用的数学函数，诸如三角函数、条件表达式等。
iii.将字符串的表达式映射为相应的计算规则。
2.对字符串进行处理，当数据网关将输入送至Enclave中，enclave的内部需要对表达式进行相应的处理。处理主要分为两个部分：
i.进行字符串和输入参数的替换。将所有参数类型的字符串用实际数字进行替换。
ii.将处理后的字符串将中缀表达式形式转换为计算机更容易识别与处理的逆波兰表达式。
A3.对经过预处理的逆波兰表达式进行入栈操作，根据运算的优先级和出栈操作依次执行结果；
开始栈式虚拟机二进制指令格式运行时的移植；当使用栈式虚拟机二进制指令格式运行时，需要模型的提供者编写相应的c/rust代码，并将相应的c/rust代码打包成栈式虚拟机二进制指令格式的二进制文件代码；栈式虚拟机二进制指令格式运行时支持所有复杂的运算，包括但不限于json数据的解析，数据结构的定义，以及复杂的for循环语句，提供图灵完备的计算能力；
使用栈式虚拟机二进制指令格式运行时需要由不同参与方自己定义模型；栈式虚拟机二进制指令格式运行时的移植嵌入过程如下：
B1.将虚拟环境下的栈式虚拟机二进制指令格式中的所有系统调用通过ocall函数来实现；由于在特殊指令集扩展中不提供系统调用，需要借助外部的操作系统调用来实现，操作系统调用包括有时钟，以及pthread库；
B2.被包围容器中的程序无法读取外部文件系统的文件，需要在不可信环境下读取栈式虚拟机二进制指令格式的二进制文件，并通过字节流的方式送入被包围容器中。
有益效果：开发的难度小于普通的应用程序开发。某些模块的重复开发和使用会降低开发效率。
运行数量和实际业务数量相绑定，多个业务同时服用一个enclave。
业务升级较为复杂，每次业务升级需要实际业务无需暂停一段时间，也不用将所有的复杂流程完整执行一遍。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
有益效果：本发明构建链上隐私交易的方法。在原有的能链开放许可链节点上，增加了隐私交易执行引擎被包围容器模块。隐私交易虚拟机引擎，提出了一种区块链机密计算通用模型的实现方法，来对链上的用户账户和智能合约账户进行隐私交易。

Claims (1)

1.一种区块链机密计算通用模型的实现方法，其特征在于，包括有：步骤一、在能链区块链中，使用特殊指令集扩展，将硬件安全作为强制性保障指标,不依赖于固件和软件的安全状态,以提供用户空间的可信执行环境，在特殊指令集扩展内部的模型解析器以及栈式虚拟机二进制指令格式运行时，作为能链区块链通用计算模型；步骤二、能链区块链通用计算模型包括有公式模型计算器，所述公式模型计算器以定义的模型，输入参数为输出，返回相应的计算结果的代码片段，所述定义的模型的公式1如下：
1.57+if(1<0,$attr_1$,if(5>4,$attr_1$,cos($attr_2$)))；公式1；
其中，$attr_1$,$attr_2$为待替换的输入参数，cos为余弦函数，在公式模型计算器执行过程中，根据需求将输入参数进行替换，并执行公式1；
步骤三、能链区块链通用计算模型包括有虚拟机环境下的栈式虚拟机二进制指令格式，运行时栈式虚拟机二进制指令格式是一个可移植并且兼容Web的全新格式，并根据需求设定栈式虚拟机二进制指令格式完整的语义和语法，从而实现栈式虚拟机二进制指令格式作为体积小且加载快的二进制指令格式，以充分发挥硬件能力以达到原生执行效率；
步骤四、虚拟机环境下的栈式虚拟机二进制指令格式作为一个独立的二进制指令，运行时，栈式虚拟机二进制指令格式服务于容量小的设备，通过安装虚拟机环境下的的栈式虚拟机二进制指令格式，读取任务程序读取外部的栈式虚拟机二进制指令格式的文件，并在相应的虚拟机上执行编译程序逻辑；
步骤五、构建被包围容器内部的加密模块，同时在被包围容器创建过程中，加密模块会用rsa算法初始化一对公钥和私钥；被包围容器的私钥会保存在内存中，并将公钥登记到区块链中；
步骤六、设定数据源和数据计算结果使用方的功能；数据源提供相应的数据，数据计算结果使用方提供计算模型；并使用被包围容器内部的公钥去加密后发送至特殊指令集扩展，保证计算的可信和隐私；
步骤七、数据网关对来自于不同参与方的数据进行汇总，并将不同参与方的数据作为输入数据O，发送至被包围容器内部进行解密；
被包围容器内部通过公式模型计算器和栈式虚拟机二进制指令格式对解密后的输入数据D进行运算，并将运算结果使用数据计算结果使用方的公钥进行加密，发送到数据源和数据计算结果使用方；
模型的提供者使用公式模型计算器定义完整公式，不需要进行编程和打包相应的程序；A1.首先定义在公式模型计算器中支持的运算类型和优先级；运算类型包括有：ai.逻辑表达式；aii.数学表达式及常用的数学函数，包括有三角函数、条件表达式；aiii.将字符串的表达式映射为相应的计算规则；A2.对字符串进行处理，当数据网关将输入数据O送至被包围容器解密后得到输入数据D，被包围容器的内部需要对输入数据D中表达式进行相应的处理；相应的处理分为两个部分：bi.进行字符串和输入参数的替换，将所有参数类型的字符串用实际数字进行替换；bii.将处理后的字符串将中缀表达式形式转换为计算机更容易识别与处理的逆波兰表达式；A3.对经过预处理的逆波兰表达式进行入栈操作，根据运算的优先级和出栈操作依次执行结果；
步骤八、开始栈式虚拟机二进制指令格式运行时的移植；当使用栈式虚拟机二进制指令格式运行时，需要模型的提供者编写相应的c/rust代码，并将相应的c/rust代码打包成栈式虚拟机二进制指令格式的二进制文件代码；栈式虚拟机二进制指令格式运行时支持所有复杂的运算，包括但不限于json数据的解析，数据结构的定义，以及复杂的for循环语句，提供图灵完备的计算能力；
步骤九、使用栈式虚拟机二进制指令格式运行时需要由不同参与方自己定义模型；栈式虚拟机二进制指令格式运行时的移植嵌入过程如下：
B1.将虚拟环境下的栈式虚拟机二进制指令格式中的所有系统调用通过ocall函数来实现；由于在特殊指令集扩展中不提供系统调用，需要借助外部的操作系统调用来实现，操作系统调用包括有时钟，以及pthread库；
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