CN107820238A - Sim卡、区块链应用安全模块、客户端及其安全操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SIM卡、区块链应用的安全模块、客户端及其安全操作方法，所述安全模块包括位于SIM卡中的安全芯片和通信模块，所述安全芯片通过所述通信模块与终端上的区块链应用模块通信；其中，所述安全芯片包括：操作系统模块、密钥生成模块、签名模块和敏感数据存储模块。本发明提供的技术方案有效结合了终端APP的丰富功能和SIM卡的安全特性，通过所述SIM卡中的安全模块存储区块链应用中的敏感数据，并完成所述区块链应用的安全操作，从而保护了所述区块链应用中的敏感数据。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信技术领域，具体地说，涉及一种SIM卡、区块链应用安全模块、客户端及其安全操作方法。
背景技术
区块链(Blockchain或Block chain)起源自比特币，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息。区块链在网络上是公开的，可以在每一个离线比特币钱包数据中查询。比特币钱包的功能依赖于与区块链的确认，一次有效检验称为一次确认。通常一次交易要获得数个确认才能进行。轻量级比特币钱包使用在线确认，即不会下载区块链数据到设备存储中。
而目前，区块链的应用范围越来越广，不再局限于对交易的记录，其中常被提及的应用包括：使用链上数字资产来代表定制货币和金融工具(彩色币)；某种基础物理设备的所有权(智能资产)，如域名一样的没有可替代性的资产(域名币)；如同去中心化交易所的金融衍生品；链上身份和信誉系统等更高级的应用。同时伴随着移动互联网的发展，这些区块链应用的用户经常面临需要在智能移动通信终端上对区块链应用签名授权的需求，从而产生了密钥及签名的安全问题。
目前人们用冷存储的方式实现密钥的安全，也就是在一台永远离线的电脑上生成一个密钥及其对应公钥，然后将该公钥作为收款公钥。因此如此产生的私钥从来都没有在网络中出现过，也就不可能有木马软件有机会获取所述私钥。
这种方式实现了对私钥的安全存储，但是极不方便，而且必须使一台电脑从不联网。
另一种实现密钥安全的方式是使用脑钱包。所谓脑钱包，是指一种比特币加密手段，用户只要记住一个密码，便可以用这个密码在脑钱包程序中恢复比特币地址(公钥)和私匙。脑钱包只需要用户记住一个自己才知道的密码，在线程序可以通过这个密码生成比特币地址(公匙)和私匙。用户可以将每次在比特币客户端交易所得到的比特币发到这个脑钱包生成的比特币地址上面。脑钱包的好处是用户不需要记住私匙和公匙，只记住它们的生成密码便可以随时计算得到它们。从理论上看，作为长期安全存储手段，脑钱包是很理想的方式：只要在不使用的情况下被保存，就不易被物理偷窃(实物)或被黑客偷窃；甚至于别人连你有钱包这件事都不会知道。然而，这种方式依赖于用户大脑，而人类大脑是极为脆弱的，故不适用于生产或存储长期且易碎的密码秘密。此外，要想在现实生活中实现该做法也非易事。因而，在目前区块链应用越来越多地由智能移动通信终端来承载的趋势下，需要一种使用方便又安全的密钥存储方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种SIM卡、区块链应用安全模块、客户端及其安全操作方法，用于实现区块链应用中敏感数据的安全存储和方便使用。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种区块链应用的安全模块，包括位于SIM卡中的安全芯片和通信模块，所述安全芯片通过所述通信模块与终端上的区块链应用模块通信；其中，所述安全芯片包括：
操作系统模块，用于支持所述终端上的区块链应用，并通过所述通信模块与终端上的区块链应用模块交互数据；
密钥生成模块，用于根据所述操作系统模块通过所述通信模块收到的终端区块链应用模块的指令，生成对应所述区块链应用的密钥；
签名模块，用于根据所述操作系统模块通过所述通信模块收到的终端区块链应用模块的指令，采用相应算法生成所述区块链应用的签名数据；和
敏感数据存储模块，用于存储所述区块链应用的密钥。
其中，前述安全模块中的所述通信模块为蓝牙模块或NIC模块。
进一步地，所述密钥生成模块包括：
密钥对生成单元，根据预设的密钥算法，生成对应于所述区块链应用的私钥和公钥，并将所述私钥和公钥存储到所述敏感数据存储模块中，并将所述公钥由所述操作系统模块通过所述通信模块发送给终端上的区块链应用模块。
或者，所述密钥生成模块包括：
公钥生成单元，根据预设的私钥算法，采用预先接收到私钥生成对应于所述区块链应用的公钥，将所述公钥存储到所述敏感数据存储模块中，并将所述公钥由所述操作系统模块通过所述通信模块发送给终端上的区块链应用模块。
作为一个实施例，所述操作系统模块为JAVA COS。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种SIM卡，包括卡基、物理读写接口和智能芯片，所述物理读写接口和所述智能芯片位于所述卡基上，所述智能芯片包括用户识别模块电路；所述智能芯片还包括前述的安全模块电路，所述安全模块电路与所述物理读写接口电连接，用于完成区块链应用的安全操作。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种区块链应用客户端，包括位于终端的区块链应用模块和位于所述终端SIM卡中的如前所述的安全模块，所述安全模块为所述区块链应用模块提供操作过程中应用到的密钥和签名数据。
本发明还提供了一种基于前述区块链应用客户端的安全操作方法，具体包括：
区块链应用在操作过程中需要应用密钥时，终端的区块链应用模块向SIM卡中的安全模块发送相应的指令；
所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥，并将所述密钥发送给所述终端的区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作；
区块链应用在操作过程中需要签名数据时，将相应的数据发送给所述安全模块；
所述安全模块接收所述需要签名的数据，利用相应的算法得到签名数据，并返回给所述终端的区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述签名数据完成相应的操作。
其中，所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥的步骤包括：
所述安全模块根据所述指令，利用相应的密钥算法生成对应的私钥和公私对，并将所述公钥发送给所述区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作具体为：
所述区块链应用模块根据所述公钥完成相应的操作。
或者，所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥的步骤包括：
所述安全模块根据所述指令，读取已存储的私钥，利用相应的私钥算法计算得到公私，并将所述公钥发送给所述区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作具体为：
所述区块链应用模块根据所述公钥完成相应的操作。
进一步地，在所述区块链应用模块向SIM卡中的安全模块发送指令之前还包括建立终端与所述SIM卡的通信连接的步骤。
作为一个实施例，通过蓝牙模块或NIC模块建立所述终端与所述SIM卡的通信连接。
本发明结合终端APP的丰富功能和SIM卡的安全特性，在SIM卡中完成区块链应用的安全操作，如生成密钥和数字签名，从而保护了所述区块链应用中的敏感数据。同时，也方便了安全操作的执行，给用户带来极大的便利。本发明提供的SIM卡及区块链应用客户端具有多应用能力，可以快速、动态地加载区块链应用。
附图说明
图1为本发明所述SIM卡的原理结构图；
图2为本发明所述SIM卡的结构原理结构图；
图3为本发明所述安全模块的原理结构图；
图4为本发明所述密钥生成模块的原理结构图；
图5为本发明所述区块链应用的客户端的原理结构图；
图6为发明所述区块链应用客户端安全操作简要流程图；
图7为发明实施例一的客户端的原理结构图；和
图8为发明实施例二的客户端的原理结构图。
具体实施方式
人们在使用智能移动通信终端时，必须配置有SIM(Subscriber IdentityModule，用户识别模块)卡，用于确认终端用户的身份。传统的SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡，它的内部有5个模块，并且每个模块都对应一个功能：微处理器CPU(8位)、程序存储器ROM(3～8kbit)、工作存储器RAM(6～16kbit)数据存储器EEPROM(128～256kbit)和串行通信单元。这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口，与普通IC卡封装方式相同。由于这5个模块集成在一块集成电路中，因而保证了不会因为芯片间的连线而成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索，从而保证了SIM卡的安全性。
本发明根据所述SIM卡的安全特性，在所述SIM卡中增加区块链应用的安全模块，通过通信通道向SIM卡动态加载区块链相关签名逻辑和其他涉及敏感数据的业务逻辑，将区块链应用中的密钥生成、存储及签名过程，由所述安全模块来完成，保证了区块链应用中这些敏感数据的安全，达到了在SIM卡的安全环境中使用敏感数据的效果。
具体地，如图1所示，为本发明所述SIM卡的原理结构图。所述SIM卡1包括用户识别模块11和安全模块12。所述用户识别模块11与前述传统SIM卡中的模块相同，用于完成用户身份的确认、电话号码、短消息的存储等。由于与现有技术相同，因而在此不再过多说明。所述安全模块12包括安全芯片121和通信模块122。安全芯片121用于生成区块链应用所需要的密钥，并完成数据签名。通信模块122提供数据通信。安全芯片121通过通信模块122与终端上的区块链应用模块通信，用于完成区块链应用在所述终端上的安全操作。
从结构上来说，如图2所示，所述SIM卡1包括卡基13、物理读写接口14和智能芯片15，所述物理读写接口14和所述智能芯片15位于所述卡基13上，所述智能芯片15包括如前所述的用户识别模块11电路和安全模块12电路，所述用户识别模块11和所述安全模块电路12分别与所述物理读写接口14电连接，用于与终端进行数据的读写。
具体地，如图3所示，为本发明所述安全模块的原理结构图。所述安全芯片121包括：操作系统模块1211、密钥生成模块1212、签名模块1213和敏感数据存储模块1214。其中，所述操作系统模块1211用于支持所述终端上的区块链应用，并通过所述通信模块与终端上的区块链应用模块交互数据；所述密钥生成模块1212用于根据所述操作系统模块1211通过所述通信模块122收到的终端区块链应用模块的指令，生成对应所述区块链应用的密钥；所述签名模块1213用于根据所述操作系统模块1211通过所述通信模块122收到的终端区块链应用模块的指令，采用相应算法生成所述区块链应用的签名数据；所述敏感数据存储模块1214用于存储所述区块链应用的密钥。
在本发明中，作为一个实施例，操作系统模块1211采用JAVA COS，可以加载、运行各种不同的区块链应用逻辑，用于使所述安全模块12可以适用于各种不同区块链应用。
关于通信模块122，作为一个具体实施例，采用蓝牙模块作为通信模块122，即在本发明中的SIM卡具有蓝牙接口，终端也具有蓝牙模块，终端通过蓝牙接口与SIM卡建立稳定的蓝牙连接，从而进行数据通信。
关于通信模块122的另一个具体实施例，采用NIC模块(网络适配器，NetworkInterface Card，简称NIC)，通过特殊的定制，也可以实现终端与SIM卡的数据通信。
如图4所示，为本发明所述密钥生成模块的原理结构图。关于密钥生成模块1212，在一个具体实施例中，密钥生成模块1212包括密钥对生成单元12121，即根据预设的密钥算法，生成对应于所述区块链应用的私钥和公钥，私钥作为用户使用的对应区块链网络中的身份确认用签名私钥，公钥用于注册在区块链中作为用户标识。生成的私钥和公钥存储到所述敏感数据存储模块中，并将所述公钥由所述操作系统模块1211通过所述通信模块122发送给终端上的区块链应用模块。
在另一个具体实施例中，可以从外部向SIM卡中导入私钥，并将所述私钥存储在敏感数据存储模块1214，所述密钥生成模块1212还包括：公钥生成单元12122，其根据预设的算法，采用预先接收到私钥计算生成对应于所述区块链应用的公钥，将所述公钥存储到所述敏感数据存储模块1214中，并将所述公钥由所述操作系统模块1211通过所述通信模块发送给终端上的区块链应用模块。
本发明SIM卡具有通信接口(如BLE接口)，可以内部生成公私钥，或根据外部导入的私钥生成公钥，并将这些敏感信息存储于SIM卡中的安全存储区。
如图5所示，图5为本发明所述区块链应用的客户端的原理结构图。所述区块链应用的客户端，包括位于终端2的区块链应用模块21和位于所述终端SIM卡1中的安全模块12，所述安全模块12为所述区块链应用模块21提供操作过程中应用到的密钥和签名数据。本发明提供的区块链应用的客户端将用于完成正常、不需保密的操作由终端上的区块链应用模块21来完成，将需要保密的密钥生成和数据签名操作由SIM卡1中的安全模块12来完成，分别利用了终端与SIM卡各自的优势，在不影响区块链应用正常操作的情况下，充分保证了敏感数据的安全，实现用户在区块链中资产、合约等的保护。
具有通信模块的SIM卡与终端上的相关APP有机结合，共同构成一个接入区块链网络的客户端，APP可以动态加载应用到SIM卡中，实现SIM卡对多区块链应用的支持。
如图6所示，为发明所述区块链应用客户端的安全操作方法的简要流程图。所述安全操作方法包括：
步骤S1，区块链应用在操作过程中需要应用密钥时，终端的区块链应用模块向所述SIM卡中的安全模块发送相应的指令。
步骤S2，所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥，并将相应的密钥，如公钥，返回给终端的区块链应用模块。
步骤S3，所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作。
步骤S4，区块链应用在操作过程中需要签名数据时，向所述安全模块发送签名指令及相应的数据发。
步骤S5，所述安全模块接收所述需要签名的数据，利用相应的算法得到签名数据，并返回给所述终端的区块链应用模块。
步骤S6，所述区块链应用模块根据所述签名数据完成相应的操作。
在步骤S2中，如果所述安全模块中已有从外部导入的私钥，所述安全模块根据所述指令，读取已存储的私钥，利用相应的算法计算得到公私；如果所述安全模块中没有所述私钥，则利用相应的密钥算法生成对应的私钥和公私对。
其中的密钥算法可以采用各种当前的成熟的算法，如采用椭圆曲线密钥对生成算法生成密钥对。在根据已存储的私钥计算公私时，可以采用SECP256K1算法。
所述安全模块在接收区块链应用模块发送的指令和数据，并向区块链应用模块返回数据时，通过SIM卡上的通信模块与所述区块链应用模块进行数据交互，其中，所述通信模块可以为蓝牙模块或NIC模块。
以下通过两个具体实实施例对本发明所述的技术方案进行详细说明。
实施例一
在实施例一，所述的区块链应用为比特币钱包APP(应用)，如图7所示，所述比特币钱包APP包括两部分，一部分为安装在移动终端2a中的比特币钱包APP模块21a，另一部分为运行在SIM卡中的安全模块中的比特币钱包Applet123a。安全模块中的JAVA COS运行所述比特币钱包Applet，用于完成比特币钱包APP中的密钥生成的数据签名。
具体地，步骤S1a，SIM卡1a通过蓝牙模块121a与终端2a建立起稳定的蓝牙连接。
步骤S2a，用户将比特币钱包Applet加载到SIM卡1a中。
步骤S3a，在需要使用密钥时，用户通过终端上的比特币钱包APP模块21a发送指令给SIM卡1a中的安全模块12a；
步骤S4a，安全模块12a中的JAVA COS 122a运行比特币钱包Applet 123a，比特币钱包Applet 123a采用椭圆曲线密钥对生成算法生成私钥与公钥，并将所述公钥信息发送给所述的比特币钱包APP模块21a；
步骤S5a，比特币钱包APP模块21a根据所述公钥信息，通过一个单向加密哈希函数生成比特币地址，并作为收款地址；
步骤S6a，用户在APP录入需要支付的对方地址和金额等转账信息，通过蓝牙模块将支付信息下发到SIM卡1a，SIM卡1a中的比特币钱包Applet 123a通过内置的椭圆曲线算法和指定的转出私钥签名并组合成正式的交易数据回传给比特币钱包APP模块21a；
步骤S7a，比特币钱包APP模块21a将交易数据广播到比特币网络进行转账。
实施例二
在本实施例中，SIM卡中的安全模块可以生产并存储多个公私钥对，通过密钥编号进行区分。本实施例利用JAVA COS的动态加载应用能力，可以实时将多种区块链应用逻辑加载到SIM卡中。如图8所示，在SIM卡1b中，JAVA COS 122b可以加载运行多种区块链应用，如比特币Applet1231b，数字资产Applet 1232b，金融衍生品Applet1233b等等，在不同的区块链应用运行时，产生对应的密钥，编号后存储在敏感数据存储模块124b中。
在本实施例中，终端中的区块链应用模块21b通过蓝牙通道121b向SIM卡1b动态加载区块链不同应用的相关签名逻辑和其他涉及敏感数据的业务逻辑，达到敏感数据的使用在SIM卡的安全环境中进行的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种区块链应用安全模块，其特征在于，包括位于SIM卡中的安全芯片和通信模块，所述安全芯片通过所述通信模块与终端上的区块链应用模块通信；其中，所述安全芯片包括：
操作系统模块，用于支持所述终端上的区块链应用，并通过所述通信模块与终端上的区块链应用模块交互数据；
密钥生成模块，用于根据所述操作系统模块通过所述通信模块收到的终端区块链应用模块的指令，生成对应所述区块链应用的密钥；
签名模块，用于根据所述操作系统模块通过所述通信模块收到的终端区块链应用模块的指令，采用相应算法生成所述区块链应用的签名数据；和
敏感数据存储模块，用于存储所述区块链应用的密钥。
2.如权利要求1所述的区块链应用安全模块，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块或NIC模块。
3.如权利要求1所述的区块链应用安全模块，其特征在于，所述密钥生成模块包括：
密钥对生成单元，根据预设的密钥算法，生成对应于所述区块链应用的私钥和公钥，并将所述私钥和公钥存储到所述敏感数据存储模块中，并将所述公钥由所述操作系统模块通过所述通信模块发送给终端上的区块链应用模块。
4.如权利要求1所述的区块链应用安全模块，其特征在于，所述密钥生成模块包括：
公钥生成单元，根据预设的私钥算法，采用预先接收到私钥生成对应于所述区块链应用的公钥，将所述公钥存储到所述敏感数据存储模块中，并将所述公钥由所述操作系统模块通过所述通信模块发送给终端上的区块链应用模块。
5.如权利要求1所述的区块链应用安全模块，其特征在于，所述操作系统模块为JAVACOS。
6.一种SIM卡，包括卡基、物理读写接口和智能芯片，所述物理读写接口和所述智能芯片位于所述卡基上，所述智能芯片包括用户识别模块电路；其特征在于，所述智能芯片还包括如权利要求1-5任一所述的安全模块电路，所述安全模块电路与所述物理读写接口电连接，用于完成区块链应用的安全操作。
7.一种区块链应用客户端，其特征在于，包括位于终端的区块链应用模块和位于所述终端SIM卡中的如权利要求1-5任一所述的安全模块，所述安全模块为所述区块链应用模块提供操作过程中应用到的密钥和签名数据。
8.一种基于权利要求7所述区块链应用客户端的安全操作方法，其特征在于，
区块链应用在操作过程中需要应用密钥时，终端的区块链应用模块向SIM卡中的安全模块发送相应的指令；
所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥，并将所述密钥发送给所述终端的区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作；
区块链应用在操作过程中需要签名数据时，将相应的数据发送给所述安全模块；
所述安全模块接收所述需要签名的数据，利用相应的算法得到签名数据，并返回给所述终端的区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述签名数据完成相应的操作。
9.如权利要求8所述的区块链应用客户端的安全操作方法，其特征在于，所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥的步骤包括：
所述安全模块根据所述指令，利用相应的密钥算法生成对应的私钥和公私对，并将所述公钥发送给所述区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作具体为：
所述区块链应用模块根据所述公钥完成相应的操作。
10.如权利要求8所述的区块链应用客户端的安全操作方法，其特征在于，所述安全模块根据所述指令，利用相应的算法生成对应的密钥的步骤包括：
所述安全模块根据所述指令，读取已存储的私钥，利用相应的私钥算法计算得到公私，并将所述公钥发送给所述区块链应用模块；
所述区块链应用模块根据所述密钥完成相应的操作具体为：
所述区块链应用模块根据所述公钥完成相应的操作。
11.如权利要求8-10任一所述的区块链应用客户端的安全操作方法，其特征在于，在所述区块链应用模块向SIM卡中的安全模块发送指令之前还包括：
建立终端与所述SIM卡的通信连接。
12.如权利要求11所述的区块链应用客户端的安全操作方法，其特征在于，通过蓝牙模块或NIC模块建立所述终端与所述SIM卡的通信连接。
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