DE102017209014A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Anfügen von Transaktionen an eine Blockkette - Google Patents

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Abstract

Verfahren (10) zum Anfügen von Transaktionen an eine Blockkette, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- Teilnehmer des Rechnernetzes werden bestimmt (11), die in einer vorgegebenen Beziehung stehen,- Multiplikationstripel werden als unter den Teilnehmern geteiltes Geheimnis erzeugt (12),- mindestens ein Multiplikationstripel unter den Multiplikationstripeln wird gemeinsam mit den Transaktionen auf einen Hashwert abgebildet (13),- falls der Hashwert einen vorgegebenen Zielwert unterschreitet (16, Y), wird der Blockkette ein Block übergeben (14), welcher das auf den Hashwert abgebildete Multiplikationstripel sowie die Transaktionen enthält, und- mittels der übrigen Multiplikationstripel wird eine Mehrparteienberechnung in dem Rechnernetz gesteuert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfügen von Transaktionen an eine Blockkette. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
  • Stand der Technik
  • Als Blockkette (blockchain, block chain) wird in der Kryptologie eine Datenbank verstanden, deren Integrität durch die Speicherung eines Hashwertes des vorangehenden Datensatzes im jeweils nachfolgenden Datensatz gesichert wird. Diese kryptografische Verkettung bildet die Grundlage sogenannter Kryptowährungen, kann jedoch auch in anderweitigen verteilten Systemen zur Erhöhung der Transaktionssicherheit beitragen.
  • DE 10 2016 104 478 A1 ist auf Verfahren, Systeme und Computerprogrammprodukte zum Sichern von Datenoperationen in einem computergestützten System gerichtet, das untereinander verbundene Knoten aufweist, wobei die Knoten so konfiguriert sind, dass sie Daten senden, empfangen und speichern können, und wobei das Verfahren das Ausführen computergestützter kryptographischer Verfahren aufweist, um zwei oder mehr Arbeitsnachweise (proof of work, PoW) zu realisieren, das aufweist: aus jedem Knoten mindestens einer Teilmenge der untereinander verbundenen Knoten mittels Crawler-Suchläufen eine entsprechende Teilmenge von Daten nachweisbar ermitteln, die auf Knoten des Systems gespeichert sind, und bei jedem Knoten der Teilmenge Daten in der Teilmenge von Daten nachweisbar erfassen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Anfügen von Transaktionen an eine Blockkette, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
  • Der vorgeschlagene Ansatz fußt auf der Erkenntnis, dass ein herkömmlicher PoW einen beträchtlichen Energieverbrauch bedingt. Die im Rahmen des PoW durchgeführten Berechnungen dienen dabei in der Regel keinem anderen Zweck als der Herstellung eines Konsenses zwischen den in der Blockkette verbundenen Knoten. Ein Aspekt der Erfindung besteht folglich darin, den PoW-Algorithmus zu modifizieren, um ohne Erhöhung des Energieverbrauches eine nützliche Nebenwirkung hervorzurufen.
  • Ein Vorzug des modifizierten Verfahrens liegt konkret darin, dass zur Erbringung des Arbeitsnachweises sogenannte Multiplikationstripel (beaver triples, beaver's triples) generiert werden, die anschließend für die Durchführung von sicheren Mehrparteienberechnungen (secure multi-party computation, SMPC) verwendet werden können. Einschlägige Protokolle werden vorgestellt in BEAVER, Donald. Efficient multiparty protocols using circuit randomization. In: Annual International Cryptology Conference. Springer Berlin Heidelberg, 1991. S. 420-432.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass die in einem Datenblock der Blockkette zusammengefassten Transaktionen die Eintritte von Knoten in das Rechnernetz oder Austritte der Knoten aus dem Rechnernetz umfassen. Somit kann die (theoretische) Verfügbarkeit von Knoten durch jeden Knoten unmittelbar der Blockkette entnommen werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 schematisch ein Steuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 illustriert einen funktionalen Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens (10) anhand der Bitcoin-Kryptowährung: Jedem Teilnehmer eines Netzwerkes wird ein Satz von Partnern zugewiesen, die durch eine Beziehung oder Relation P beschrieben werden (Prozess 11). Diese Partner erzeugen im weiteren Verlauf des Verfahrens (10) gemeinsam Multiplikationstripel. P ist symmetrisch, (d. h. wenn ein Teilnehmer n ein Partner des Teilnehmers m ist, ist m auch ein Partner von n) und irreflexiv (d. h. ein Teilnehmer ist niemals ein Partner von sich selbst). P sollte gleichmäßig über die Teilnehmer definiert werden. Eine bevorzugte Implementierung sieht vor, dass P aus dem Zustand der Blockkette deterministisch ableitbar ist. Dies kann durch eine spezielle „Mitgliedschaftstransaktion“ erreicht werden, die verwendet wird, um Teilnehmer an- oder abzumelden, wenn sie in das Rechnernetz eintreten bzw. daraus austreten. Da die Ordnung der Transaktionen fest und letztendlich unter den Knoten einheitlich ist, gilt dies auch für die resultierende Relation P.
  • Sobald der Blockkette ein Block übergeben werden soll, beginnen die Partner gemeinsam, Multiplikationstripel ti = (a, b, c) unter Verwendung eines hierzu geeigneten Protokolls zu erzeugen (Prozess 12). Dies führt dazu, dass jeder Partner über ein Teilgeheimnis ([a], [b], [c]) dergestalt verfügt, dass das Multiplikationstripel ti als Geheimnis unter allen Partnern aufgeteilt ist.
  • Auf jedem Partnerknoten wird jedes erzeugte Teilgeheimnis ([a], [b], [c]) nun in den Kopfdaten (header) eines neuen Datenblockes als Nonce angelegt, bevor das Multiplikationstripel gemeinsam mit den zu verkettenden Transaktionen auf einen Hashwert, den sogenannten Hashcash, abgebildet wird (Prozess 13). Die Kodierung von ti sollte es dabei erlauben, die einzelnen Teilgeheimnisse ([a], [b], [c]) zur späteren Verifikation (s. u.) zu extrahieren. Ein Beispiel für eine unter diesem Gesichtspunkt geeignete Kodierung ist die einfache Verkettung der Bytes der Teilgeheimnisse ([a], [b], [c]), die auf die maximale Größe der Elemente des endlichen Feldes aufgefüllt wird, das in dem ausgewählten SMPC-Protokoll zur Anwendung kommt. Falls der resultierende Hash kleiner als der aktuelle Zielwert ist (Entscheidung 16, Zweig Y), signalisiert der betreffende Teilnehmer den Partnern, dass sein Teilgeheimnis des Multiplikationstripels ti ein Treffer ist.
  • Falls alle Partner einen Treffer in diesem Sinne signalisieren, bevor sich das Rechnernetz auf einen neuen Datenblock einigt, treten die Partner in einen Prozess (14) zur Übergabe des an die Kette anzuhängenden Blockes ein. Hierzu signiert zunächst jeder Partner elektronisch sein Teilgeheimnis mit seinem privaten Schlüssel. Jeder Partner sendet sein signiertes Teilgeheimnis sodann an einen deterministisch gewählten Knoten unter den Partnern, den sogenannten Koordinator. Die Wahl kann beispielsweise auf den - gemäß der lexikalisch sortierten Liste der öffentlichen Schlüssel der Partner - ersten Teilnehmer fallen. Der Koordinator fügt, nachdem er die signierten Teilgeheimnisse aller Partner erhalten hat, einen Header zusammen, der eine Kodierung der signierten Teilgeheimnisse als Nonce enthält, und verbreitet den resultierenden Block über das Rechnernetz. Ähnlich wie bei der Kodierung in Prozess 13 sollte die Kodierung es hierbei erlauben, die einzelnen Teilgeheimnisse zur späteren Verifikation zu extrahieren (s. u.). Auch in diesem Fall kommt hierzu eine einfache Verkettung der Byte-Darstellung der signierten Teilgeheimnisse in Betracht.
  • Teilnehmer, die den Block empfangen, führen eine Gültigkeitsprüfung (Prozess 15) des Hashcash wie beim konventionellen Bitcoin-Algorithmus durch. Darüber hinaus prüfen sie, ob die Komponenten a, b und c ein gültiges Multiplikationstripel bilden, also die Gleichung c = a · b erfüllen. Die Empfänger können das ohne Weiteres tun, da alle Teilgeheimnisse ([a], [b], [c]) den Kopfdaten zu entnehmen sind. Schließlich verifizieren sie, dass die Teilgeheimnisse von Teilnehmern signiert sind, welche der vorgegebenen Relation P genügen. Auch dies ist leicht überprüfbar, da die Relation P aus dem Zustand der Blockkette abgeleitet werden kann.
  • Da das in erfolgreich erstellten Blöcken enthaltene Multiplikationstripel, das als Arbeitsnachweis diente, nun öffentlich ist, ist es zur Geheimnisteilung im Rahmen einer Mehrparteienberechnung wertlos. Allerdings bleiben alle Teilgeheimnisse, die vor dem Erzielen des Treffers von den Partnern oder anderen Teilnehmern gemeinsam generiert wurden, geheim und können daher von den Partnern in der sogenannten Online-Phase einer SMPC verwendet werden.
  • Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät (20) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der 2 verdeutlicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016104478 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren (10) zum Anfügen von Transaktionen an eine Blockkette in einem Rechnernetz, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - Teilnehmer des Rechnernetzes werden bestimmt (11), die in einer vorgegebenen Beziehung stehen, - Multiplikationstripel werden als unter den Teilnehmern geteiltes Geheimnis erzeugt (12), - mindestens ein Multiplikationstripel unter den Multiplikationstripeln wird gemeinsam mit den Transaktionen auf einen Hashwert abgebildet (13), - falls der Hashwert einen vorgegebenen Zielwert unterschreitet (16, Y), wird der Blockkette ein Block übergeben (14), welcher das auf den Hashwert abgebildete Multiplikationstripel sowie die Transaktionen enthält, und - mittels der übrigen Multiplikationstripel wird eine Mehrparteienberechnung in dem Rechnernetz gesteuert.
  2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, wobei das Übergeben des Blocks (14) durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: - jeder Teilnehmer unter den Teilnehmern signiert ein dem jeweiligen Teilnehmer vorliegendes Teilgeheimnis des Multiplikationstripels mit einem privaten Schlüssel des Teilnehmers, - die Teilnehmer senden die Teilgeheimnisse einem unter den Teilnehmern ausgewählten Koordinator, - der Koordinator kodiert die Teilgeheimnisse in einer Nonce und - der Koordinator überträgt den Block an mehrere Empfänger innerhalb des Rechnernetzes, wobei Kopfdaten des Blockes die Nonce und Nutzdaten des Blockes die Transaktionen enthalten.
  3. Verfahren (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Empfänger bilden das in dem Block enthaltene Multiplikationstripel gemeinsam mit den Transaktionen auf den Hashwert ab und - die Empfänger prüfen (15), dass der Hashwert den Zielwert unterschreitet, das Multiplikationstripel gültig ist und die Teilgeheimnisse von Signataren signiert sind, welche in der vorgegebenen Beziehung stehen.
  4. Verfahren (10) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Koordinator wird anhand einer linearen Ordnungsrelation auf einer Menge von öffentlichen Schlüsseln der Teilnehmer ausgewählt.
  5. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Beziehung wird aus der Blockkette abgeleitet.
  6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Transaktionen umfassen Eintritte von Knoten in das Rechnernetz oder Austritte der Knoten aus dem Rechnernetz.
  7. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Transaktionen sind Geschäftsvorfälle und - die Blockkette ist ein Grundbuch einer Kryptowährung.
  8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Vorrichtung (20), die eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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