CN107612934A - 一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统和方法，涉及区块链和信息安全技术领域，利用移动设备端和云端密码服务共同产生ECC密钥，并在移动设备端完成ECC密钥的合法性验证，确认生成ECC密钥作为区块链的身份标识；移动设备端生成区块链交易过程中的ECC数字签名，操作由移动设备端和云端密码服务共同完成，并向P2P全网广播；参与区块链的记账节点达成共识，完成新区块的生成。本发明有效的解决移动端生成区块链交易涉及的隐私和保密问题，保证了交互过程的传输安全性；保证了移动设备端的密钥安全；保护了区块链上的用户身份。
Description
技术领域
本发明涉及区块链和信息安全技术领域，具体的说是一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统和方法。
背景技术
区块链技术，又称为“分布式账本技术”，是一种去中心化、集体维护分布式账本的技术方案，其本质是由多个节点集体参与的分布式数据库系统。区块链不是一种单一的技术，而是多种技术整合的结果，利用区块链技术维护一个可靠的、难以篡改的账本记录，可以降低信任的风险，并能有效的降低众参与方协作的维护成本。在区块链实际应用中，每个用户会产生一对非对称密钥对，用于区块链上的交易签名，其对应公钥的Hash值作为其交易账户的身份标识。考虑到安全性、效率等多种因素，区块链非对称加密算法一般选用ECC(椭圆曲线)算法，其算法的安全性取决于椭圆曲线离散对数问题(ECDLP)的难解性。
随着移动互联网的发展，移动设备成为改变传统计算的一个根本趋势，移动设备已经步入智能化时代，移动智能终端的普及率越来越高。在这样一个开放的网络环境里面，人们利用碎片化的时间来上网，移动端之间的互联互信成为一个重要的课题。区块链本身就是去中心化、去中心信任化的，可以很好的解决分布式环境下的互信问题。然而在移动互联网的开放环境下，如何有效的利用移动端通过区块链技术实现互信，并能保证移动端的隐私、密钥、资产不被泄露成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统和方法。
本发明所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：所述基于密钥分割的区块链移动端计算方法，利用移动设备端和云端密码服务共同产生ECC密钥，并在移动设备端完成ECC密钥的合法性验证，确认生成ECC密钥作为区块链的身份标识；移动设备端生成区块链交易过程中的ECC数字签名，操作由移动设备端和云端密码服务共同完成，并向P2P全网广播；参与区块链的记账节点达成共识，完成新区块的生成；具体流程包括：
步骤一，产生区块链账户标识；
步骤二，区块链交易。
进一步，所述步骤一，产生区块链账户标识的具体流程如下：
步骤101、移动设备端产生临时密钥对，向云端密码服务提出分割密钥生成请求；
步骤102、云端密码服务生成随机数d1，并加密发送给移动设备端；
步骤103、移动设备端解密，得到云端密码服务的随机数d1；
步骤104、移动设备端产生随机数d2，计算d＝d1+d2,d∈[1；n-1]，其中n为ECC椭圆曲线的一个基点的阶；
步骤105、移动设备端计算点Q＝(xQ，yQ)＝[d]G，其中G为基点，(xQ，yQ)为坐标；若Q满足ECC椭圆曲线的要求，则转到步骤107；
步骤107、移动设备端向云端密码服务发送生成密钥成功消息，产生的ECC密钥对是(d；Q)，d＝d1+d2其中d1作为移动设备端的私钥，d2作为云端密码服务的私钥，Q为公钥；
步骤108、ECC分割密钥对生成成功，公钥Q作为区块链账户标识。
进一步，所述步骤102，云端密码服务生产随机数d1，使用移动设备端的临时密钥对的公钥进行加密，发送给移动设备端；
所述步骤103，移动设备端利用临时密钥对的私钥解密，得到云端密码服务的随机数d1。
进一步，所述步骤105，若Q不满足ECC椭圆曲线的要求，则转到步骤106，移动设备端向云端密码服务发送生成密钥失败消息，并转到步骤101，重新进行密钥对生成。
进一步，所述步骤二，区块链交易的具体流程如下：
步骤201、移动设备端准备交易双方标识和交易内容，按照区块链要求进行结构化，得到数据M；
步骤202、移动设备端计算M的哈希值并转换为整数z；
步骤203、移动设备端生成临时密钥对，向云端密码服务提出数据签名请求；
步骤204、云端密码服务生成随机数k∈[1,n-1]，计算有效的r值；
步骤205、云端密码服务计算t1＝k-1·r,t2＝k-1(z+r·d1)；并签名加密发送给移动设备端；
步骤206、移动设备端解密获得(r,t1,t2)；
步骤207、移动设备端计算s＝t1+t2·d2,若s不为0，则转到步骤209；
步骤209、移动设备端向云端密码服务发送生成签名成功消息，SM2签名值为(r,s)；
步骤211、移动设备端将签名后的交易记录P2P全网广播；
步骤212、区块链记账节点验证交易合法性，并通过P2P网络达成共识；
具体的，区块链记账节点利用其公钥Q对签名值进行验签，并通过P2P网络达成共识。
步骤213、记账节点将新生成的区块加入区块链中，并P2P全网广播形成合法的记账区块链。
进一步，所述步骤204，云端密码服务生成随机数k∈[1,n-1]，计算ECC椭圆曲线点(x1,y1)＝[k]G，再计算r＝x1mod n，若r＝0，则重新生成随机数。
进一步，所述步骤205，云端密码服务计算t1＝k-1·r,t2＝k-1(z+r·d1)；并将(r,t1,t2)使用移动设备端的临时密钥对的公钥进行加密，发送给移动设备端；所述步骤206、移动设备端利用临时密钥对的私钥解密，获得(r,t1,t2)。
进一步，所述步骤207，移动设备端计算s＝t1+t2·d2,若s＝0，则转到步骤208，移动设备端向云端密码服务发送生成密钥失败消息，并转到步骤202，重新进行签名申请。
本发明提出一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统，
其系统架构包括：
移动设备端：负责生成随机数、ECC密钥的合法性验证、产生区块链账户标识，以及生成区块链交易并发布到P2P共识网络；
另外，移动设备端产生临时密钥用于与云端加密服务的通信；
云端密码服务：负责生成随机数，与移动设备端的加密认证数据传输，以及实现ECC签名算法的部分计算。
P2P共识网络：是没有中心节点、通过用户群进行消息交换的网络体系；
记账节点：负责区块记录交易的验证以及在P2P共识网络上达成共识，生成新的区块。
进一步，所述移动设备端采用外接加密硬件来增强其产生密钥的强度。
进一步，所述云端密码服务采用硬件密码机或者云密码机来完成加密签名操作。
本发明所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统和方法，与现有技术相比具有的有益效果是：本发明有效的解决移动端生成区块链交易涉及的隐私和保密问题，利用移动端和云端共同协作生成密钥，双方数据交换都是用对方公钥加密，保证了交互过程的传输安全性；区块链交易的生成将计算分别交由移动设备端和云端来完成，利用云端硬件设备生成随机数，保证了随机数的产生强度；密钥和签名最终都是在移动设备端完成，云端无法获得移动设备端的密钥部分，保证了移动设备端的密钥安全；此外，密钥进行分割，即使部分密钥泄露，恶意攻击者也无法伪造数字签名，有效的保护了密钥安全性，也保护了区块链上的用户身份。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术内容，下面对本发明实施例或现有技术中所需要的附图做简单介绍。显而易见的，下面所描述附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，但均在本发明的保护范围之内。
附图1为实施例2的产生区块链账户标识的流程图；
附图2为实施例3的区块链交易的流程图；
附图3为所述密钥分割的区块链移动端计算系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有实施例,都在本发明的保护范围之内。
实施例1:
本实施例提出一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，利用移动设备端和云端密码服务共同产生ECC密钥，并在移动设备端完成ECC密钥的合法性验证，确认生成ECC密钥作为区块链的身份标识；移动设备端生成区块链交易过程中的ECC数字签名，操作由移动设备端和云端密码服务共同完成，并向P2P全网广播；参与区块链的记账节点达成共识，完成新区块的生成；
具体流程包括：
步骤一，产生区块链账户标识；
步骤二，区块链交易。
本实施例基于密钥分割的区块链移动端计算方法，在移动互联网的开放环境下，有效的解决移动端生成区块链交易涉及的隐私和保密问题，结合移动端的特点，利用移动端设备和云端密码服务共同产生ECC密钥，并将密钥进行分割，由移动设备端和云端密码服务器各自保存一部分；移动端生成区块链交易过程中的ECC数字签名，操作由移动设备端和云端密码服务共同完成，有效的保护移动设备端的密钥、资产的安全性。
实施例2：
本实施例提出的一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，在实施例1的基础上，给出步骤一产生区块链账户标识的一种详细技术方案，利用移动端设备和云端密码服务共同产生ECC密钥，并将密钥进行分割；移动端和云端双方数据交换都是用对方公钥加密，保证了交互过程的传输安全性。
附图1为实施例2的产生区块链账户标识的流程图，如附图1所示，所述步骤一，产生区块链账户标识的具体流程如下：
步骤101、移动设备端产生临时密钥对，向云端密码服务提出分割密钥生成请求，具体的，分割密钥生成请求包括移动设备标识、临时密钥对的公钥、申请时间等；
步骤102、云端密码服务生成随机数d1，并加密发送给移动设备端；
具体的，步骤102云端密码服务生产随机数d1，使用移动设备端的临时密钥对的公钥进行加密，发送给移动设备端。
步骤103、移动设备端解密，得到云端密码服务的随机数d1；
具体的，移动设备端利用临时密钥对的私钥解密，得到云端密码服务的随机数d1。
步骤104、移动设备端产生随机数d2，计算d＝d1+d2,d∈[1；n-1]，其中n为ECC椭圆曲线的一个基点的阶；
步骤105、移动设备端计算点Q＝(xQ，yQ)＝[d]G，其中G为基点，(xQ，yQ)为坐标；若Q满足ECC椭圆曲线的要求，转到步骤107，否则转到步骤106；
步骤106、移动设备端向云端密码服务发送生成密钥失败消息，并转到步骤101，重新进行密钥对生成。
步骤107、移动设备端向云端密码服务发送生成密钥成功消息，产生的ECC密钥对是(d；Q)，d＝d1+d2其中d1作为移动设备端的私钥，d2作为云端密码服务的私钥，Q为公钥；
步骤108、ECC分割密钥对生成成功，公钥Q作为区块链账户标识。
实施例3：
本实施例提出的一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，在实施例2的基础上，给出步骤二区块链交易的一种详细技术方案。
附图2为实施例3的区块链交易的流程图，如附图2所示，所述步骤二区块链交易的具体流程如下：
步骤201、移动设备端准备交易双方标识和交易内容，按照区块链要求进行结构化，得到数据M；
步骤202、移动设备端计算M的哈希值并转换为整数z；
步骤203、移动设备端生成临时密钥对，向云端密码服务提出数据签名请求；数据签名请求包括移动设备标识，临时密钥对的公钥，摘要值整数z等；
步骤204、云端密码服务生成随机数k∈[1,n-1]，计算有效的r值；
具体的，云端密码服务生成随机数k∈[1,n-1]，计算ECC椭圆曲线点(x1,y1)＝[k]G，再计算r＝x1mod n，若r＝0，则重新生成随机数。
步骤205、云端密码服务计算t1＝k-1·r,t2＝k-1(z+r·d1)；并签名加密发送给移动设备端；
具体的，云端密码服务计算t1＝k-1·r,t2＝k-1(z+r·d1)；并将(r,t1,t2)使用移动设备端的临时密钥对的公钥进行加密，发送给移动设备端；
步骤206、移动设备端解密获得(r,t1,t2)；
具体的，移动设备端利用临时密钥对的私钥解密，获得(r,t1,t2)。
步骤207、移动设备端计算s＝t1+t2·d2,若s＝0，则转到步骤208，否则转到步骤209；
步骤208、移动设备端向云端密码服务发送生成密钥失败消息，并转到步骤202，重新进行签名申请。
步骤209、移动设备端向云端密码服务发送生成签名成功消息，SM2签名值为(r,s)；
步骤211、移动设备端将签名后的交易记录P2P全网广播；
步骤212、区块链记账节点验证交易合法性，并通过P2P网络达成共识；
具体的，区块链记账节点利用其公钥Q对签名值进行验签，并通过P2P网络达成共识。
步骤213、记账节点将新生成的区块加入区块链中，并P2P全网广播形成合法的记账区块链。
本实施例基于密钥分割的区块链移动端计算方法，移动设备端和云端密码服务共同协作生成密钥，双方数据交换都是用对方公钥加密，保证了交互过程的传输安全性。区块链交易的生成将计算分别交由移动设备端和云端密码服务来完成，利用云端硬件设备生成随机数，保证了随机数的产生强度；密钥和签名最终都是在移动设备端完成，云端密码服务无法获得移动设备端的密钥部分，保证了移动设备端的密钥安全。另一方面，密钥进行分割，即使部分密钥泄露，恶意攻击者也无法伪造数字签名，有效的保护了密钥安全性，也保护了区块链上的用户身份。
上述实施例2、实施例3提出了一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统，其技术方案可以参考实施例2、实施例3基于密钥分割的区块链移动端计算方法。
附图3为密钥分割的区块链移动端计算系统的示意图，如附图1所示，其系统架构包括：
移动设备端：负责生成随机数、ECC密钥的合法性验证、产生区块链账户标识，以及生成区块链交易并发布到P2P共识网络；
另外，移动设备端产生临时密钥用于与云端加密服务的通信，这里的移动设备端还可以通过采用外接加密硬件来增强其产生密钥的强度，来提高移动设备端的安全性；
云端密码服务：负责生成随机数，与移动设备端的加密认证数据传输，以及实现ECC签名算法的部分计算。云端密码服务可以采用硬件密码机，也可以使用云密码机来完成加密签名等操作。
P2P共识网络：是没有中心节点、通过用户群进行消息交换的网络体系；
记账节点：负责区块记录交易的验证以及在P2P共识网络上达成共识，生成新的区块。
上述密钥分割的区块链移动端计算系统，通过移动设备端和云端密码服务各自产生随机数，并在移动设备端完成ECC密钥的合法性验证，确认生成ECC密钥作为区块链的身份标识；移动设备端将交易双方的标识、交易内容等信息利用移动设备和云端密码服务各自完成数字签名，并最终在移动设备端生成数字签名，完成区块链交易单制作，并向P2P全网广播。参与区块链的记账节点达成共识，完成新区块的生成。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容，并不用于限制本发明的保护范围，本发明的技术方案不限制于上述具体实施方式内。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于,利用移动设备端和云端密码服务共同产生ECC密钥，并在移动设备端完成ECC密钥的合法性验证，确认生成ECC密钥作为区块链的身份标识；移动设备端生成区块链交易过程中的ECC数字签名，操作由移动设备端和云端密码服务共同完成，并向P2P全网广播；参与区块链的记账节点达成共识，完成新区块的生成；
具体流程包括：
步骤一，产生区块链账户标识；
步骤二，区块链交易。
2.根据权利要求1所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于，所述步骤一，产生区块链账户标识的具体流程如下：
步骤101、移动设备端产生临时密钥对，向云端密码服务提出分割密钥生成请求；
步骤102、云端密码服务生成随机数d1，并加密发送给移动设备端；
步骤103、移动设备端解密，得到云端密码服务的随机数d1；
步骤104、移动设备端产生随机数d2，计算d＝d1+d2,d∈[1；n-1]，其中n为ECC椭圆曲线的一个基点的阶；
步骤105、移动设备端计算点Q＝(xQ，yQ)＝[d]G，其中G为基点，(xQ，yQ)为坐标；若Q满足ECC椭圆曲线的要求，则转到步骤107；
步骤107、移动设备端向云端密码服务发送生成密钥成功消息，产生的ECC密钥对是(d；Q)，d＝d1+d2其中d1作为移动设备端的私钥，d2作为云端密码服务的私钥，Q为公钥；
步骤108、ECC分割密钥对生成成功，公钥Q作为区块链账户标识。
3.根据权利要求2所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于，所述步骤102，云端密码服务生产随机数d1，使用移动设备端的临时密钥对的公钥进行加密，发送给移动设备端；所述步骤103，移动设备端利用临时密钥对的私钥解密，得到云端密码服务的随机数d1。
4.根据权利要求3所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于，所述步骤105，若Q不满足ECC椭圆曲线的要求，则转到步骤106，
移动设备端向云端密码服务发送生成密钥失败消息，并转到步骤101，重新进行密钥对生成。
5.根据权利要求3或4所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于，所述步骤二，区块链交易的具体流程如下：
步骤201、移动设备端准备交易双方标识和交易内容，按照区块链要求进行结构化，得到数据M；
步骤202、移动设备端计算M的哈希值并转换为整数z；
步骤203、移动设备端生成临时密钥对，向云端密码服务提出数据签名请求；
步骤204、云端密码服务生成随机数k∈[1,n-1]，计算有效的r值；
步骤205、云端密码服务计算t1＝k-1·r,t2＝k-1(z+r·d1)；并签名加密发送给移动设备端；
步骤206、移动设备端解密获得(r,t1,t2)；
步骤207、移动设备端计算s＝t1+t2·d2,若s不为0，则转到步骤209；
步骤209、移动设备端向云端密码服务发送生成签名成功消息，SM2签名值为(r,s)；
步骤211、移动设备端将签名后的交易记录P2P全网广播；
步骤212、区块链记账节点验证交易合法性，并通过P2P网络达成共识；
步骤213、记账节点将新生成的区块加入区块链中，并P2P全网广播形成合法的记账区块链。
6.根据权利要求5所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于，所述步骤205，云端密码服务计算t1＝k-1·r,t2＝k-1(z+r·d1)；并将(r,t1,t2)使用移动设备端的临时密钥对的公钥进行加密，发送给移动设备端；所述步骤206、移动设备端利用临时密钥对的私钥解密，获得(r,t1,t2)。
7.根据权利要求6所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算方法，其特征在于，所述步骤207，移动设备端计算s＝t1+t2·d2,若s＝0，则转到步骤208，移动设备端向云端密码服务发送生成密钥失败消息，并转到步骤202，重新进行签名申请。
8.一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统，其特征在于，
其系统架构包括：
移动设备端：负责生成随机数、ECC密钥的合法性验证、产生区块链账户标识，以及生成区块链交易并发布到P2P共识网络；
另外，移动设备端产生临时密钥用于与云端加密服务的通信；
云端密码服务：负责生成随机数，与移动设备端的加密认证数据传输，以及实现ECC签名算法的部分计算。
P2P共识网络：是没有中心节点、通过用户群进行消息交换的网络体系；
记账节点：负责区块记录交易的验证以及在P2P共识网络上达成共识，生成新的区块。
9.根据权利要求8所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统，其特征在于，所述移动设备端采用外接加密硬件来增强其产生密钥的强度。
10.根据权利要求8或9所述一种基于密钥分割的区块链移动端计算系统，其特征在于，所述云端密码服务采用硬件密码机或云密码机来完成加密签名操作。
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