CN107480559A - 一种区块链离链数据的安全存储系统及方法 - Google Patents

一种区块链离链数据的安全存储系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种区块链离链数据的安全存储系统及方法，该方法读取当前离链数据，做预处理后，根据数据认证码生成的策略生成能够对所有离链数据进行认证的当前离链数据的数据认证码；验证写入的离链数据和对应数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区；根据系统写入区块链主链的既定策略，将备份缓冲区上的离链数据处理后写入区块链主链。本发明通过引入第三方可靠存储解决离链数据丢失问题，并利用当前离链数据的数据认证码可对所有离链数据进行认证这一特点，在进一步减小离链数据丢失风险、提高区块链支链技术的可靠性和安全性的同时提高认证速度。

Description

一种区块链离链数据的安全存储系统及方法
技术领域
本发明涉及区块链，具体涉及一种区块链离链数据的安全存储系统及方法。
背景技术
区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序方式组合、并使用密码学方法关联数据区块的一种数据结构。它利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据，是一种全新的分布式基础架构与计算范式，具有不可篡改性、去中心化性、匿名性和可追溯性等特征。目前，区块链已被广泛应用于金融行业，并在众多领域都表现出广阔的应用前景。
然而，以比特币为代表的区块链网络，需要由P2P网络连接的多个节点共同维护才能保证数据安全，数据在区块链中的记录、存储等操作，需要多个节点共同确认后方可进行；因此，考虑到现实网络的带宽和数据传播速率，全网共识的达成比数据记录、存储请求的时刻有一定的延迟，而且，随着数据负载不断增大，节点数不断增多，这个延迟会不断加大。
为了解决上述延迟问题，人们提出侧链(Sidechain)、闪电网络(LighteningNetwork)等方法，主要思路是：将全网多数节点达成共识的区块链称作主链；将未由全网多数节点共识，而是局部节点共识形成的区块链或孤立数据块成为支链；大量数据先由支链做离链处理，待一定时间后，统一将这些数据或其哈希值更新至主链。这种区块链支链(即离链存储、处理)技术，对解决区块链主链存储和处理的瓶颈有重要意义，使区块链的处理速度大幅度提高；但未及时更新至主链的离链数据由于没有得到所有节点的确认，存在丢失风险，从而导致用户遭受损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是区块链支链技术中没有得到所有节点确认的离链数据存在丢失风险的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种区块链离链数据的安全存储系统，包括：
数据认证码生成模块，读取当前离链数据，做预处理后，根据数据认证码生的策略，生成能够对所有离链数据进行认证的当前离链数据的数据认证码；
可靠存储模块，验证所述数据认证码生成模块写入的离链数据和对应数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区；
数据备份模块，根据系统写入区块链主链的既定策略将所述可靠存储模块的备份缓冲区上的离链数据经必要处理后写入区块链主链。
在上述系统中，所述数据认证码生成模块根据隐私保护需要，先对离链数据加密，再对加密后的离链数据生成数据认证码；密钥由用户管理。
在上述系统中，所述数据认证码生成模块由数据拥有者运行，当前离链数据Mi的数据认证码包括当前离链数据Mi的非公开验证数据认证码和当前离链数据Mi的公开可验证数据认证码两种；
所述数据认证码生成模块的数据认证码生成策略配置为：
初始化时，为系统设置消息认证码函数初始向量值MAC0，初始向量值MAC0为一个固定的任意长度的二进制字符串；
调用消息认证码函数，以当前存在的最后一个输出的MAC值MACi-1作为初始向量，以没有生成数据认证码的当前离链数据Mi对应的字符串作为输入，输出相应的MAC值MACi，作为当前离链数据Mi的非公开验证数据认证码，并进行存储、发送该MAC值MACi及对应的当前离链数据Mi；
根据公开验证周期策略，以最后一个输出的MAC值MACi作为输入，输出当前离链数据Mi的公开可验证数据认证码，并存储、发送。
在上述系统中，在生成第i个非公开验证数据认证码时，当前离链数据Mi为一条或几条没有生成数据认证码的离链数据，将当前存在的最后一个输出的MAC值MACi-1做为消息认证码函数的初始向量，以Mi输入消息认证码函数产生非公开验证数据认证码。
在上述系统中，公开验证周期策略包括：
对于每条离链数据都实时生成；
仅对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成；
仅在系统空闲时对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成；
按照一定时间周期对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成。
在上述系统中，所述可靠存储模块验证所述数据认证码生成模块写入的离链数据和对应数据认证码的正确性，具体为：
是按照上述数据认证码生成的策略，验证系统最后一条离链数据的非公开验证数据认证码对应的MAC值和相应的公开可验证数据认证码是否同时正确，同时正确时，判断这些离链数据为正确；否则，判断为不正确。
在上述系统中，
所述可靠存储模块对写入离链数据进行冗余备份；
所述数据备份模块额外对备份缓冲区的离链数据进行备份。
在上述系统中，
所述可靠存储模块负责将存入离链数据的存储区标定为备份缓冲区；
所述数据备份模块在将所述备份缓冲区内离链数据写入区块链主链后，释放对应的备份缓冲区。
在上述系统中，写入区块链主链的既定策略包括周期性写入区块链主链或空闲时写入区块链主链。
本发明还提供了一种区块链离链数据的安全存储方法，包括以下步骤：
读取当前离链数据，做预处理后，根据数据认证码生的策略生成能够对所有离链数据进行认证的当前离链数据的数据认证码；
验证写入的离链数据和对应的数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区；
根据系统写入区块链主链的既定策略，将备份缓冲区上的离链数据经必要处理后写入区块链主链。
本发明创新性地引入第三方可靠存储解决离链数据丢失问题，并利用生成的当前离链数据的数据认证码对所有离链数据进行认证，这样，只要验证最后一条离链数据的数据认证码的正确性，就能保证之前所有数据认证码的正确性，不仅进一步减小离链数据丢失风险，而且提高认证速度，增强区块链支链技术的可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明提供的一种区块链离链数据的安全存储系统的结构框图；
图2为本发明中离链数据流向示意图；
图3为本发明提供的一种区块链离链数据的安全存储方法的流程图。
具体实施方式
本发明通过对数据产生数据认证码后，一起存入可靠第三方存储，然后在一定时期后，将离链数据或其哈希值写入区块链(主链)，在解决区块链处理速度瓶颈同时，解决数据丢失问题。而本发明中的离链数据并不是区块链数据(分布式账本数据)因为它们没有被全网大多数节点认可，但由于本发明公开的数据认证码具有公开可验证、防伪造和不可抵赖性，以及第三方可靠存储的存在，从而保证其安全性，且在产生纠纷时，本发明不需要将离链数据存入主链也能够提供事实依据，而通常的区块链技术只能够认证存在于主链上的数据能够提供事实依据。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种区块链离链数据的安全存储系统，包括：
数据认证码生成模块10，读取当前离链数据，做预处理(包括但不限于填充、保存中间变量、生成随机密钥、加密、取哈希值、生成校验码或格式转换)后，根据数据认证码生成策略生成当前离链数据的数据认证码；该当前离链数据的数据认证码可以对第一条离链数据至今的所有数据进行认证。
可靠存储模块20，验证写入的离链数据和对应的数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区。
数据备份模块30，根据系统写入区块链主链的既定策略(包括但不限于周期性或空闲时写入区块链)，将备份缓冲区上的离链数据经必要处理(例如做哈希运算后，只写入哈希值，而不是数据本身)后写入区块链主链；在本发明中，数据备份模块30还可以根据系统策略，额外对备份缓冲区的数据进行备份。
在本发明中，数据认证码生成模块10由数据拥有者(数据所在节点)运行，当前离链数据Mi的数据认证码包括当前离链数据Mi的非公开验证数据认证码和当前离链数据Mi的公开可验证数据认证码两种；数据认证码生成模块10的数据认证码生成策略配置为：
步骤111、为了数据安全，初始化时，需要为系统设置消息认证码(MessageAuthentication Code，简称MAC)函数的初始向量值MAC0，初始向量值MAC0为一个固定的任意长度的二进制字符串；
步骤112、调用MAC函数(例如HMAC、CMAC等)，以当前存在的最后一个输出的MAC值MACi-1作为初始向量，以没有生成数据认证码的当前离链数据Mi(包括一条或几条没有生成数据认证码的离链数据，此时，将当前存在的最后一个输出的MAC值MACi-1做为MAC函数的初始向量，以Mi输入MAC函数产生非公开验证数据认证码)字符串作为输入，输出相应的MAC值MACi，作为当前离链数据Mi的非公开验证数据认证码，并进行存储、发送该MAC值MACi及对应的当前离链数据Mi，该数据认证码反应的是数据拥有者对初始化以来所有离链数据的认证，认证速度快但不具有公开可验证性，如消息认证码(Message Authentication Code，MAC，针对第一条离链数据的数据认证码的生成)、增量消息认证码(Incremental MessageAuthentication Code，针对第二条以后的各条离链数据的数据认证码的生成)等，反映了从第一条到最后一条离链数据的指纹信息；
步骤113、为保证第三方(可靠存储模块10)利益，实现在发生纠纷时追责，根据公开验证周期策略，以最后一个输出的MAC值MACi作为输入，输出当前离链数据Mi的公开可验证数据认证码(数字签名等)，并存储、发送；该认证由数据拥有者生成，速度较慢但具有公开可验证性即不可抵赖功能，如由单一用户生成的数字签名(Digital Signature)或者由多用户(数据的所有拥有者)生成的多重签名(Multi-Signature)等非对称密码算法。
在本发明中，根据系统需要，公开验证周期策略包括但不限于以下几种：
1)对于每条离链数据都实时生成；
2)仅对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成；
3)仅在系统空闲时对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成；
4)按照一定时间周期对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成。
在本发明中，数据认证码生成模块10，根据隐私保护需要，可先对离链数据加密，密钥由用户自行管理，不在第三方存储上(可靠存储模块20)保存，在对加密后的离链数据生成数据认证码，以确保数据的隐秘性，确保其安全，此时在生成非公开验证数据认证码时，输入的是当前离链数据的加密后的数据。
在本发明中，验证写入的离链数据和数据认证码的正确性，是按照上述数据认证码生成的策略，对所有离链数据进行验证，即验证系统最后一条离链数据的非公开数据认证码对应的MAC值(事实上验证了所有离链数据的正确性但非公开可验证)和相应的公开可验证数据认证码(公开可验证)是否同时正确，同时正确时，判断所有离链数据为“正确”；否则，判断为“不正确”，本发明的离链数据流向如图3所示。
本发明由于几种数据认证码的共同作用，可以对初始化以来所有离链数据进行认证，兼顾认证性、数据处理速度和不可抵赖性，并在数据真实性发生纠纷时追责。
在本发明中，可靠存储模块20需提供高可靠存储，可采用冗余备份保存的方式，进一步提高存储的可靠性。
在本发明中，可靠存储模块20和数据备份模块30都可以访问备份缓冲区；可靠存储模块20负责标定一块存储区为备份缓冲区；数据备份模块30在将备份缓冲区内离链数据写入区块链主链完后，释放对应的备份缓冲区。
如图3所示，本发明还提供的一种区块链离链数据的安全存储方法，包括以下步骤：
步骤S11、读取当前离链数据，做预处理(包括但不限于填充、保存中间变量等)后，根据数据认证码生成策略生成能够对第一条离链数据至今的所有离链数据进行认证的当前离链数据的数据认证码；
步骤S12、验证写入的离链数据和对应的数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区；
步骤S13，根据系统写入区块链主链的既定策略，将备份缓冲区上的离链数据经必要处理后写入区块链主链。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种区块链离链数据的安全存储系统，其特征在于，包括：
数据认证码生成模块，读取当前离链数据，做预处理后，根据数据认证码生成策略，生成能够对所有离链数据进行认证的当前离链数据的数据认证码；
可靠存储模块，验证所述数据认证码生成模块写入的离链数据和对应数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区；
数据备份模块，根据系统写入区块链主链的既定策略将所述可靠存储模块的备份缓冲区上的离链数据经必要处理后写入区块链主链。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据认证码生成模块根据隐私保护需要，先对离链数据加密，再对加密后的离链数据生成数据认证码；密钥由用户管理。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据认证码生成模块由数据拥有者运行，当前离链数据Mi的数据认证码包括当前离链数据Mi的非公开验证数据认证码和当前离链数据Mi的公开可验证数据认证码两种；
所述数据认证码生成模块的数据认证码生成策略配置为：
初始化时，为系统设置消息认证码函数初始向量值MAC0，初始向量值MAC0为一个固定的任意长度的二进制字符串；
调用消息认证码函数，以当前存在的最后一个输出的MAC值MACi-1作为初始向量，以没有生成数据认证码的当前离链数据Mi对应的字符串作为输入，输出相应的MAC值MACi，作为当前离链数据Mi的非公开验证数据认证码，并进行存储、发送该MAC值MACi及对应的当前离链数据Mi；
根据公开验证周期策略，以最后一个输出的MAC值MACi作为输入，输出当前离链数据Mi的公开可验证数据认证码，并存储、发送。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，在生成第i个非公开验证数据认证码时，当前离链数据Mi为一条或几条没有生成数据认证码的离链数据，将当前存在的最后一个输出的MAC值MACi-1做为消息认证码函数的初始向量，以Mi输入消息认证码函数产生非公开验证数据认证码。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，公开验证周期策略包括：
对于每条离链数据都实时生成；
仅对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成；
仅在系统空闲时对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成；
按照一定时间周期对当前最后输出的MAC值MACi对应的离链数据生成。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述可靠存储模块验证所述数据认证码生成模块写入的离链数据和对应数据认证码的正确性，具体为：
是按照上述数据认证码生成的策略，验证系统最后一条离链数据的非公开验证数据认证码对应的MAC值和相应的公开可验证数据认证码是否同时正确，同时正确时，判断这些离链数据为正确；否则，判断为不正确。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述可靠存储模块对写入离链数据进行冗余备份；
所述数据备份模块额外对备份缓冲区的离链数据进行备份。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述可靠存储模块负责将存入离链数据的存储区标定为备份缓冲区；
所述数据备份模块在将所述备份缓冲区内离链数据写入区块链主链后，释放对应的备份缓冲区。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，写入区块链主链的既定策略包括周期性写入区块链主链或空闲时写入区块链主链。
10.一种区块链离链数据的安全存储方法，其特征在于，包括以下步骤：
读取当前离链数据，做预处理后，根据数据认证码生成策略生成能够对所有离链数据进行认证的当前离链数据的数据认证码；
验证写入的离链数据和对应的数据认证码的正确性，并将验证正确的离链数据写入其备份缓冲区；
根据系统写入区块链主链的既定策略，将备份缓冲区上的离链数据经必要处理后写入区块链主链。
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