CN108462696B - 一种去中心化的区块链智能身份认证系统 - Google Patents

一种去中心化的区块链智能身份认证系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种去中心化的区块链智能身份认证系统，包含用户组、去中心化认证架构，去中心化架构基于区块链系统；本智能身份认证系统涵盖用户的注册、用户账号的管理、用户的认证等过程，不仅涵盖了身份认证的基本流程，将区块链技术融入其中，还将认证的加速考虑其中，本区块链身份认证系统在区块链技术飞速发展的今天，有很大的应用意义。

Description

一种去中心化的区块链智能身份认证系统
技术领域
本发明涉及身份认证领域，为一种去中心化的区块链智能身份认证系统。
背景技术
目前，社会上“办证多、办事难”的问题一直普遍存在,传统的中心化管理方式使得各部门之间衔接不当,导致这个问题迟迟难以解决。这些烦恼归根结底是如何证明办事人身份的问题，传统的认证方式浪费了大量的人力、物力和财力来维护各式各样的、分散的信用体系。如今，计算机技术快速发展，使得通过技术手段来取代繁琐的证明材料成为可能。区块链天生就是为解决信用问题而生的网络及数据库技术架构，它是一个去中心化的无法篡改的记账体系，任何有效的操作都建立在完全可信的基础上。事实上，区块链已经在P2P通信、分布式存储、物联网、银行结算、资产交易、智能合约、公证防伪等多项技术领域逐见成效和优势，想要通过区块链技术构建一个完整的信用体系、简化办事流程可能只是时间问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种去中心化的区块链智能身份认证系统。
为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：一种去中心化的区块链智能身份认证系统，包含以下内容：
总结为，区块链智能身份认证系统包含用户组、去中心化认证架构，去中心化架构基于区块链系统，并且，由区块链系统上的节点运行；去中心化认证架构包含应用保存进程、注册模块、账号管理模块、临时存储模块、证书管理模块、认证模块，负责整个身份认证过程；
用户组包含多个客户、服务用户、个体，客户、服务用户、个体的个数不超过区块链系统上的节点的个数，客户、个体可以为区块链系统上的任意一个节点，服务用户必须为区块链系统上的任意一个全节点；客户负责去中心化认证架构上的账号的管理，并且进行认证的界面显示，调用去中心化认证架构上的应用保存进程，应用保存进程负责调用本地的用户名称、用户ID、用户密码；服务用户负责调用认证模块进行个体的身份认证；个体为需要进行身份认证的用户；
注册模块负责个体的注册，个体在认证的界面上输入用户基本信息，用户基本信息包含用户名称、用户ID、用户密码，用户名称、用户ID具有唯一性；客户将用户基本信息写入区块链系统中的区块中，为每一个个体生成一对私钥和公钥，并对区块依次唯一地编号，将该区块的编号连同用户基本信息放入账号管理模块中进行存储，账号管理模块与本地同时被更新用户基本信息；
在注册模块负责个体的注册的开始，证书管理模块负责生成虚拟域名，并且利用RSA算法生成证书，每一个证书上放置一个个体的私钥和公钥，证书与个体一一对应；接着，服务用户在证书管理模块中开辟一个证书存储池，将证书存储池分割为两个部分，一个部分的证书存储池中放置认证次数最多的一些个体，另一个部分的证书存储池中放置认证次数最少的一些个体，并且，每一个部分的证书存储池的容量都能被扩展；认证次数由认证模块决定，认证模块每一次身份认证一次一个个体，将该个体的认证次数加一，并且与两个部分的证书存储池中最大认证次数数值、最小认证次数数值进行比较，如果该个体的认证次数等于一个部分的证书存储池的最大认证次数数值或者等于一个部分的证书存储池的最小认证次数数值或者其的数值在两者之间，将该个体的证书放入该部分的证书存储池中；
当需要身份认证时，服务用户启动认证模块，用户在认证的界面上输入用户的名称以及用户密码，只有在账号管理模块中查找到用户的名称以及用户密码，用户才能顺利登陆到认证模块，用户与个体对应，用户对应的个体为具有相同的用户的名称以及用户密码的个体，即具有相同的用户的名称、用户密码的用户以及个体等价；
服务用户先在放置认证次数最多的个体的证书存储池中查找该用户的证书，再在放置认证次数最少的个体的证书存储池中查找该用户的证书，直到查找到用户的证书为止，用户的证书为用户对应的个体的证书；服务用户使用散列函数从用户的证书得到用户的摘要，并为用户的摘要生成用户的临时信息，在用户的临时信息中放置用户对应的个体的认证次数、认证时间，并将用户的临时信息放入临时存储模块中；接着，服务用户对用户的摘要使用私钥进行加密，得到加密后的摘要，将加密后的摘要、用户的证书传送给Oracle；Oracle可以调用认证加速器进行认证时间的控制，认证时间t的计算公式(1)如下：
Figure GDA0002516816080000031
其中，k为加速系数，为0到2之间的实数，由服务用户指定，当加速系数小于1时，表示认证加速器在减速，当加速系数大于1时，表示认证加速器在加速，c1、c2、c3分别表示客户、服务用户、个体的个数，a表示用户对应的个体的用户基本信息所在区块的编号，区块的编号为二进制形式表示的正数，b表示用户对应的个体的认证次数；e的数值由用户对应的个体的证书在证书存储池的位置决定，如果其在放置认证次数最多的个体的证书存储池中，e的数值等于0.5，如果其在放置认证次数最少的个体的证书存储池中，e的数值等于2；Oracle使用用户对应的个体的私钥解密加密后的摘要，获得用户的摘要，对用户的证书使用同样的散列函数获得另一个摘要，比较用户的摘要与该摘要是否一致，只有一致才能通过身份认证，整个身份的认证过程都通过局部时钟进行计时，并与t的值进行对比，当发现接近t的值，立即加速身份认证的速度，最后保证身份认证的实际时间T的数值在(t-Δt)与(t+Δt)之间，其中，Δt的数值大于0小于1秒。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种去中心化的区块链智能身份认证系统，涵盖用户的注册、用户账号的管理、用户的认证等过程，不仅涵盖了身份认证的基本流程，将区块链技术融入其中，还将认证的加速考虑其中，本区块链身份认证系统在区块链技术飞速发展的今天，有很大的应用意义。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例：在本发明中，认证加速器控制认证时间t中被代入e，表示认证次数越多，加速认证的速度，认证次数越少，加慢认证的次数；
将数字签名用于身份认证，可以解决否认、伪造、篡改及冒名等问题。具体要求是：发送者事后不能否认发送的报文；接收者能够验证发送者发送的报文签名；接收者不能对发送者的报文进行部分篡改；网络中的某一用户不能冒名另一用户作为发送者或接收者。
采用MD5算法及RSA算法实现身份认证。由于私钥具有唯一性，可证实签名的信息确实为发送者发出。由于其他任何人都没有与发送者相同的私钥，或者无法获取私钥的拷贝，因此无法伪造发送者的签名或对其作任何形式的篡改，从而达到数据真实性和不可否认性的要求，同时完成了身份确认。IM客户端和IM服务器的私钥都不能参与网上流通，避免私钥泄露。
同时，在本发明中，服务用户还必须验证该证书由可信CA发出，即验证该证书的CA签名。还要注意的是，服务用户必须从CA处的证书管理模块检查该证书是否处于有效状态，即证书没有被撤销。
用户使用同样方法使用认证模块确认其身份。这个过程是和数据加密结合在一起的。双方都确认身份后，将用户的名称和密码加密传输给Oracle，然后Oracle将用户的联系人列表加密传输给用户。
身份认证系统的核心功能就是实现消息的交互。实际上就是数据传输。数据传输包括控制报文和聊天报文。在登录过程中，要输入正确的口令和密码，一般还要扩展用户的联系人列表。在数据传输过程中，数据加密实际上和认证是结合在一起的，提高了传输的安全性。以传输口令和密码信息为例来说明数据加解密过程。数据加密过程如下：
1)先用散列算法生成要发送的口令密码信息的摘要。
2)获取当前用户的私钥，用该私钥对摘要加密，就生成了一个签名。
3)获取服务用户的公钥，可通过下载证书获取服务用户的公钥，也可从认证信息分离出的证书上获取。用服务用户的公钥加密口令密码信息和签名。
4)IM客户端将加密后的口令密码信息和签名一起发给服务用户。
数据解密过程如下：
1)服务用户接收到加密的消息。
2)用服务用户的私钥解密出口令密码信息和签名。
3)分离口令密码信息和签名。
4)验证用户的签名，用与发送方使用的同样的散列算法对口令密码信息进行运算，得到一个摘要。然后用发送方的公钥解密签名，得到解密后的摘要，比较两个摘要是否一致。如果一致，则确认是对方发来的。否则报错，无法确认消息。
本发明中数字身份定义为，是主体(人、组织或事物)在区块链上以数字信息方式存在的身份映像，可以代表主体持有区块链上的资产和智能合约，并且实现点对点的受隐私保护的数据分享和资产交易。数字身份的唯一索引包含许多有价值的信息，比如主体名称、KYC信息、信用历史、名下数字资产数量、声誉、标签和账本等等。数字身份包含的信息将通过密码学保护其安全性和隐私性，并通过智能合约、私钥签名等方式实现对其他主体授权信息和资产交易的管理。为了实现系统的自我治理功能，数字身份必须具备两个特点：数字身份所有权——个人控制私钥，使他们能够证明其对数字身份名下的数字资产或其数字记录的所有权；信息服务独立性——对数字身份信息的访问、显示和验证不依赖于任何特定的服务机构。任何数字身份可以独立地进行点对点的数字身份信息的迁移、查看、共享和验证。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种去中心化的区块链智能身份认证系统，对于具有一定操作经验的操作者，本发明提供的方法更易于掌握，其中涉及的规则与推理是基于专家知识或熟练操作者的成熟经验，并通过学习可不断更新，因此它具有智能性和自学性。为了达到良好的控制要求，尽量用数学的过程规范，并使用函数进行表示，控制过程中不需花时间进行复杂运算，提高了系统的时效，应用范围更广阔。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

Claims (1)

1.一种去中心化的区块链智能身份认证系统，其特征在于，所述区块链智能身份认证系统包含用户组、去中心化认证架构，所述去中心化认证架构基于区块链系统，并且，由区块链系统上的节点运行；所述去中心化认证架构包含应用保存进程、注册模块、账号管理模块、临时存储模块、证书管理模块、认证模块，负责整个身份认证过程；
所述用户组包含多个客户、服务用户、个体，所述客户、所述服务用户、所述个体的个数不超过区块链系统上的节点的个数，所述客户、所述个体可以为区块链系统上的任意一个节点，所述服务用户必须为区块链系统上的任意一个全节点；所述客户负责所述去中心化认证架构上的账号的管理，并且进行认证的界面显示，调用所述去中心化认证架构上的应用保存进程，所述应用保存进程负责调用本地的用户名称、用户ID、用户密码；所述服务用户负责调用所述认证模块进行个体的身份认证；所述个体为需要进行身份认证的用户；
所述注册模块负责所述个体的注册，所述个体在所述认证的界面上输入用户基本信息，所述用户基本信息包含用户名称、用户ID、用户密码，所述用户名称、用户ID具有唯一性；所述客户将所述用户基本信息写入区块链系统中的区块中，为每一个个体生成一对私钥和公钥，并对所述区块依次唯一地编号，将该区块的编号连同所述用户基本信息放入所述账号管理模块中进行存储，所述账号管理模块与本地同时被更新所述用户基本信息；
在所述注册模块负责所述个体的注册的开始，所述证书管理模块负责生成虚拟域名，并且利用RSA算法生成证书，每一个所述证书上放置一个所述个体的私钥和公钥，所述证书与所述个体一一对应；接着，所述服务用户在所述证书管理模块中开辟一个证书存储池，将所述证书存储池分割为两个部分，一个部分的证书存储池中放置认证次数最多的一些个体，另一个部分的证书存储池中放置认证次数最少的一些个体，并且，每一个部分的证书存储池的容量都能被扩展；所述认证次数由所述认证模块决定，所述认证模块每一次身份认证一次一个个体，将该个体的认证次数加一，并且与两个部分的证书存储池中最大认证次数数值、最小认证次数数值进行比较，如果该个体的认证次数等于一个部分的证书存储池的最大认证次数数值或者等于一个部分的证书存储池的最小认证次数数值或者其的数值在两者之间，将该个体的证书放入该部分的证书存储池中；
当需要身份认证时，所述服务用户启动所述认证模块，用户在认证的界面上输入用户的名称以及用户密码，只有在所述账号管理模块中查找到用户的名称以及用户密码，用户才能顺利登陆到所述认证模块，用户与所述个体对应，用户对应的个体为具有相同的用户的名称以及用户密码的个体，即具有相同的用户的名称、用户密码的用户以及个体等价；
所述服务用户先在所述放置认证次数最多的个体的证书存储池中查找该用户的证书，再在所述放置认证次数最少的个体的证书存储池中查找该用户的证书，直到查找到用户的证书为止，用户的证书为用户对应的个体的证书；所述服务用户使用散列函数从用户的证书得到用户的摘要，并为用户的摘要生成用户的临时信息，在所述用户的临时信息中放置用户对应的个体的认证次数、认证时间，并将所述用户的临时信息放入所述临时存储模块中；接着，所述服务用户对所述用户的摘要使用私钥进行加密，得到加密后的摘要，将加密后的摘要、用户的证书传送给Oracle；Oracle可以调用认证加速器进行认证时间的控制，所述认证时间t的计算公式如下：
Figure FDA0002516816070000021
其中，k为加速系数，为0到2之间的实数，由所述服务用户指定，当所述加速系数小于1时，表示所述认证加速器在减速，当所述加速系数大于1时，表示所述认证加速器在加速，c1、c2、c3分别表示客户、服务用户、个体的个数，c表示节点的个数，a表示所述用户对应的个体的所述用户基本信息所在区块的编号，所述区块的编号为二进制形式表示的正数，b表示所述用户对应的个体的认证次数；e的数值由所述用户对应的个体的证书在证书存储池的位置决定，如果其在所述放置认证次数最多的个体的证书存储池中，e的数值等于0.5，如果其在所述放置认证次数最少的个体的证书存储池中，e的数值等于2；Oracle使用用户对应的个体的私钥解密加密后的摘要，获得用户的摘要，对用户的证书使用同样的散列函数获得另一个摘要，比较用户的摘要与该摘要是否一致，只有一致才能通过身份认证，整个身份的认证过程都通过局部时钟进行计时，并与所述t的值进行对比，当发现接近所述t的值，立即加速身份认证的速度，最后保证身份认证的实际时间T的数值在(t-Δt)与(t+Δt)之间，其中，Δt的数值大于0秒小于1秒。
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