CN107613041B - 基于区块链的域名管理系统、域名管理方法和域名解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于区块链的域名管理系统、域名管理方法和域名解析方法。该基于区块链的域名管理系统包含层级结构的区块链，所述层级结构的区块链包括根链和若干顶级域名链；所述根链和所述顶级域名链为联盟链；所述根链管理和存储所有顶级域名的信息，每个所述顶级域名链管理和存储同一顶级域名的信息。本发明实现了域名的去中心化的管理，免除了根服务器的个数限制，使不同的组织间都能够平等地享有域名管理权；在同步方式上，各个节点也可以随时同步，改变了以往用任播方式时同步有先后顺序的问题。并且用区块链来管理更新解析数据库也可以及时解决域名劫持的问题。

Description

基于区块链的域名管理系统、域名管理方法和域名解析方法

技术领域

本发明属于域名技术、区块链技术领域，具体涉及一种基于区块链的域名管理系统、域名管理方法和域名解析方法。

背景技术

目前，研究者们已经将区块链技术运用到域名系统(Domain Name System,DNS)中，以解决集中化管理模式的一些问题。但这些系统大多采用公有链的并且是单链的形式，结构和功能划分不明显，性能还有待改善。以具有代表性的Namecoin和Blockstack为例：

Namecoin实现了域名的去中心化管理，但却不能与现有的域名系统很好地兼容，用户需要借助插件或者特定软件才能解析访问Namecoin下的.bit域名。其次，在Namecoin中存在因域名抢注而引发的商业争端，并且由于缺乏监管系统，此类问题往往无法解决。

而Blockstack则是通过将数据嵌入在比特币交易中的特殊字段，从而在比特币链上建立了属于自己的一条虚拟链。因此，Blockstack不是一个独立的系统，它需要建立在其他区块链系统上来保证它的数据来源。不管借助哪个系统，它都必须要接受该条链的所有特点，有的特性可能多余甚至会降低其自身性能。在实际运行中，信息传输还可能受到他人的影响，竞争者节点会有意屏蔽带有Blockstack信息的交易不打包，比较被动。而且Blockstack只靠一条链来维持，如果想推广成为一个世界标准的话，可能无法保证良好的性能。更重要的是，Blockstack仍没有解决域名抢注、滥注的问题。

Namecoin和Blockstack还有一个共同点就是，他们在区块链种类的选择上都采用公有链。公有链的数据安全非常依赖用户量以及用户活跃性，为此公有链必须要加入链币，以及一系列激励系统。然而这些元素在DNS系统中是没有必要的，加了反而会增添系统负担。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于区块链的域名管理系统，以及相应的域名管理方法和域名解析方法，能够在保留现有DNS的基础架构和部分优良特性的基础上，实现域名的去中心化的管理。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于区块链的域名管理系统，包含层级结构的区块链，所述层级结构的区块链包括根链和若干顶级域名链；所述根链和所述顶级域名链为联盟链；所述根链管理和存储所有顶级域名的信息，每个所述顶级域名链管理和存储同一顶级域名的信息。

进一步地，所述根链的节点为各顶级域名服务器，所述顶级域名链的节点为各自域的服务器；每个所述顶级域名链中选出至少一个节点来兼顾维护所述根链。

进一步地，还包括次级域名链，所述次级域名链由用户通过修改客户端的配置文件而建立。

进一步地，使用将区块链与非区块链数据库相结合的方式，把全部域名数据按其作用的不同来分别存储，包括：将域名注册信息及变更记录存放在区块链中；将用于解析的域名数据存放在非区块链数据库中，所述非区块链数据库只允许通过区块链写入或修改。

进一步地，将不同域名分别与各自的密钥对相对应，并结合签名技术来保证域名信息的安全性。

进一步地，通过既易于记忆又带有一定随机性的种子来生成用于管理域名信息的私钥。

一种采用所述基于区块链的域名管理系统的域名管理方法，包括以下步骤：

接收用户端发送的域名相关的请求内容，并将其广播到区块链中，所述区块链包括根链和若干顶级域名链；

区块链上的节点对所述请求内容进行验证，将验证通过后的消息借助共识算法打包加入到区块链中，并修改非区块链数据库的对应内容。

进一步地，所述域名相关的请求内容为下列中的一种：所有权声明、域名注册信息修改、域名所有权转让。

进一步地，将域名注册信息及变更记录存放在区块链中；将用于解析的域名数据存放在所述非区块链数据库中，所述非区块链数据库只允许通过区块链写入或修改。

一种采用所述基于区块链的域名管理系统的域名解析方法，包括以下步骤：

接收用户端的域名查询请求，若递归服务器的缓存中有对应的记录，则将该对应的记录作为查询结果返回给用户端；

若递归服务器的缓存中没有对应的记录，则递归服务器向区块链中的根链发出查询请求；根据根链响应的数据，递归服务器再查询对应顶级域名链；若顶级域名链中有相应记录，则返回资源IP或次级域名链IP；递归服务器根据接收到的响应，返回用户端最终结果或者再去查询次级域名链。

本发明提出了一种基于区块链联盟链的DNS系统设计，通过实现新型的分布式域名管理系统来解决集中化管理的缺陷；用联盟链来代替公有链，减少了不必要的设计，并且联盟链的节点是服务器，而非公有链中的用户，因此在系统安全上本设计也没有了以往设计的被动性；采用多条链的方式，能够分担单条链的压力；将域名数据根据功能分为两个部分，分别存储，以此减轻将所有数据都存放在链上而造成的压力；该方案在保留现有域名系统少许基础上，对DNS整体模式做了改进，而非像Namecoin或Blockstack那样设计一个全新、独立的系统。具体来说，本发明不设计新的域名，而是保留现有如.com、.cn的全部所有权，并在此基础上做管理模式的变化。因此本发明可以解决域名争议问题。

相比于传统的域名模式，本发明实现了域名的去中心化的管理，免除了根服务器的个数限制，使不同的组织间都能够平等地享有域名管理权。在同步方式上，各个节点也可以随时同步，这改变了以往用任播方式时同步有先后顺序的问题。并且，用区块链来管理更新解析数据库，也可以及时解决域名劫持的问题。

而相比于现有的区块链域名系统，本发明保留了现有DNS的基础架构和部分优良特性，在实现和普及上面更容易，改变更平滑。并且管理的域名可以直接通过浏览器等常用方式访问，无需增添插件。Namecoin和Blockstack没能解决的域名争论问题，在本发明中也得到了很好地解决。

附图说明

图1是基于区块链的域名管理系统的架构示意图。

图2是域名管理通用流程示意图。

图3是进行域名管理和域名解析的示意图。

图4为实施例中域名解析流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。

1.结构概览

首先，本发明使用多种链来代替以往的单链形式，使系统具有层级结构，如图1所示。

在本设计中至少包含两种链，Root链(根链)和顶级域名链。Root链的作用类似现在的13个根服务器，管理和存放所有顶级域名的信息。而顶级域名链则负责各自域名的相关信息，比如.cn链只管理所有以.cn为结尾的域名。

Root链和顶级域名链的类型都采用联盟链。顶级域名链上的节点使用每个域上各自的服务器来担当，比如，.cn链上的节点是.cn服务提供商的服务器。而Root链上的节点是由多种顶级域名中的服务器来提供，每个顶级域名链都可以选出其至少一个节点(优选采用一个或两个节点)来兼顾维护Root链。Root链和顶级域名链是本设计中必不可少的基本组成。此外，为方便系统的拓展和管理，本发明允许用户通过修改客户端的配置文件，建立属于自己的次级域名链(次级域名链可以是一级或多级)。

2.数据存储

在数据的存储方面，本发明把整体数据分类保管。域名注册信息及变更记录(比如域名映射改变、域名所有权转让等)存放在以文件系统为主的区块链中；把用于解析的域名数据(包括A/AAAA记录、CNAME记录、域名对应公钥等)存放在现有的一种非区块链数据库中，此数据库只允许通过区块链写入或修改。域名的解析工作也主要由这些数据库来负责。

3.私钥生成

本发明的一个重要设计是将域名与密钥对相对应，拥有私钥就等同于拥有域名的修改权。以往区块链系统中(比如比特币)，私钥是一系列数字与字母的无序组合，难以记忆。而本发明的私钥是通过种子来生成。种子可以设置成形如“姓名+生日+自定纪念日”这类的形式，种子的组成元素既要便于记忆，还要保证最终结果具有一定的随机性。这样，就可以通过记住种子的方式来恢复私钥，减少因数据丢失造成的损失。

如上所述，本发明的关键点主要包括：

1)将联盟链技术与DNS相结合，实现了一种改进的去中心化的域名管理系统；

2)提出用多种链分别负责不同域的管理的模式，设计了Root链和顶级域名链以及链上节点布置等，实现了带有层级结构的区块链系统；

3)使用将区块链与非区块链数据库相结合的方式，把全部域名数据按其作用的不同来分别存储；

4)将不同域名分别与各自密钥对相对应，结合签名技术来保证域名管理信息的安全性；

5)提出使用既易于记忆又带有一定随机性的种子来生成用于管理域名信息的私钥；

6)保留了部分现有DNS基础(如已有域名的管理权、所有权等)，实现了权威机构与去中心化管理的一种契合。

下面提供采用本发明的方案进行域名管理和域名解析的具体实例。

A)域名管理

(a)实名认证和域名购买

本发明的客户端支持常用功能，如域名选择及购买、域名转让、实名认证等。用户在需要购买域名时，客户端会将用户信息发送给对应服务商，认证通过后认证中心CA会把证书返回到客户端。购买过程类似，用户付款成功后，服务提供商也会返回客户端包含注册人、租期等信息的证明。

(b)所有权声明

用户在购买成功后，会首先广播一条所有权声明信息，信息的内容为：

域名+持有人公钥+实名认证证书+付款证明

链中节点收到此类信息时，会首先检查证书的合法性，验证通过后会借助共识算法将该记录打包更新于区块链中，最后修改解析数据库(即非区块链数据库)，建立新的域名记录。如果此信息是广播在根链中的，所述链中节点就是根链节点；如果是广播在顶级域名链中的，所述链中节点就是顶级域名链上的节点。

(c)域名注册信息修改

在所有权声明完成后，用户就可以对自己的域名相关信息进行修改。比如改变A/AAAA记录、公钥更新等。同所有权声明一样，修改信息也是广播到区块链网络中，信息的格式为：

域名+签名+修改内容原文

链中节点收到修改信息后，首先根据域名，从数据库中提取出相应公钥。然后用公钥解密签名内容，与原文进行比对。最后查看域名租借是否到期。验证都通过后，这条记录会被打包加入到区块链中，同时修改数据库的对应内容。

(d)域名所有权转让

本发明同样支持域名权转让的需求，持有人可以将自己的域名放在交易平台中，供实名认证完成的用户购买。交易完成后，客户端会广播相应域名转让的消息，消息内容为：

域名+签名+修改内容原文(原文包含新用户的证书、付款证明以及公钥)

剩下的步骤与前文类似，链上节点会验证：a.消息是否被篡改；b.证书是否合法；c.是否还在租期。最后，将验证通过的消息记录于区块链中，并修改数据库相应信息。至此，所有权转让完成，新的用户可以使用自己的私钥来签名发送域名管理消息。

图2是示意了上述域名管理过程的通用流程，包括：用户发送请求内容，将请求内容广播到区块链网络中，区块链上的节点进行验证，将验证通过后的消息借助共识算法打包加入到区块链中，以及修改数据库。

B)域名解析

本发明使用多条链来分层管理域名，结构类似于现在的DNS系统，因此域名的解析过程基本维持现有的模式。解析服务器(是指所有提供解析功能的服务器，包括递归服务器和顶级域名服务器)在运行前，需要配置包含Root链节点IP地址的文件。当递归服务器(即图3中的本地服务器)在缓存中没有查询到对应记录后，会根据根节点文件内容，向根链节点提出请求。根链节点会返回该顶级链的节点列表，递归服务器在收到应答后，会继续向下级链询问，直至得到最终结果。

图3为采用本发明方案进行域名管理和域名解析的整体示意图，其中Root链和cn链的上方示意了域名管理过程，Root链和cn链的下方示意了域名解析过程。

图4为一个具体的域名解析过程的示意图，其中左上方方框所示为ROOT链节点文件，即每个提供解析的域名服务器都会包含一个存储有根链节点IP地址的文件，从而能够找到根节点进行后续的解析步骤。该方法具体包括以下步骤：

(一)用户想访问2.news.beibu.cn，首先会向递归服务器发送访问请求；

(二)递归服务器首先查询缓存是否有相关记录；若没有，则向根链中的服务器发送解析请求；每个参与解析的服务器中都会存储所有根链中服务器的IP地址，发送时随机选取一个服务器发送；

(三)根链服务器中维护着各顶级域名的服务器地址，每次解析时采用一定的调度方式，返回离请求源IP最近的几个相应顶级域名服务器的地址，本例中返回的是.cn服务器；

(四)递归服务器向.cn链发送解析请求；

(五)beibu是个大型公司，旗下有许多子业务，多个子业务共同维护着一条beibu.cn链；.cn服务器解析返回beibu.cn链上的服务器地址；

(六)递归服务器继续向beibu.cn链发送解析请求；

(七)beibu公司的子业务规模也不小，足够维持一条自己的链条。服务器解析返回相应子业务链；

(八)递归服务器向子业务链news.beibu.cn发送请求；

(九)链上服务器解析，返回主机ip地址；

(十)递归服务器返回解析结果；

(十一)用户主机访问目标主机，解析过程结束。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (7)

1.一种基于区块链的域名管理系统，其特征在于，包含层级结构的区块链，所述层级结构的区块链包括根链和若干顶级域名链；所述根链和所述顶级域名链为联盟链；所述根链管理和存储所有顶级域名的信息，每个所述顶级域名链管理和存储同一顶级域名的信息；

所述根链的节点为各顶级域名服务器，所述顶级域名链的节点为各自域的服务器；每个所述顶级域名链中选出至少一个节点来兼顾维护所述根链；

使用将区块链与非区块链数据库相结合的方式，把全部域名数据按其作用的不同来分别存储，包括：将域名注册信息及变更记录存放在区块链中；将用于解析的域名数据存放在非区块链数据库中，所述非区块链数据库只允许通过区块链写入或修改。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括次级域名链，所述次级域名链由用户通过修改客户端的配置文件而建立。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，将不同域名分别与各自的密钥对相对应，并结合签名技术来保证域名信息的安全性。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过既易于记忆又带有一定随机性的种子来生成用于管理域名信息的私钥。

5.一种采用权利要求1所述基于区块链的域名管理系统的域名管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收用户端发送的域名相关的请求内容，并将其广播到区块链中，所述区块链包括根链和若干顶级域名链；

区块链上的节点对所述请求内容进行验证，将验证通过后的消息借助共识算法打包加入到区块链中，并修改非区块链数据库的对应内容。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述域名相关的请求内容为下列中的一种：所有权声明、域名注册信息修改、域名所有权转让。

7.一种采用权利要求1所述基于区块链的域名管理系统的域名解析方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收用户端的域名查询请求，若递归服务器的缓存中有对应的记录，则将该对应的记录作为查询结果返回给用户端；

若递归服务器的缓存中没有对应的记录，则递归服务器向区块链中的根链发出查询请求；根据根链响应的数据，递归服务器再查询对应顶级域名链；若顶级域名链中有相应记录，则返回资源IP或次级域名链IP；递归服务器根据接收到的响应，返回用户端最终结果或者再去查询次级域名链。

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