CN108711052A - 一种基于区块链的信息验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的信息验证系统，属于数据处理技术领域。本发明包括四种节点和三种模块，分别为：共识节点、签名节点、交易提交节点和验证节点，共识模块、签名模块和交易验证模块。本发明所述系统通过内部节点信息和一笔交易的默克尔哈希树树根对具体交易信息进行验证，实现了对默克尔哈希树树根的门限签名；本发明还提供了一种联盟链的共识方法，对节点的记账权进行共识。

Description

一种基于区块链的信息验证系统

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，具体涉及一种基于区块链的信息验证系统。

背景技术

区块链是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的一种全新的分布式基础架构与计算范式，具有分布式、去中心化、不可篡改、保序等优点。

区块链由一组基于点到点网络的节点组成，各节点通过执行共识机制，维护数据的一致性。比特币是区块链的典型代表，比特币区块包含了区块头部和一些比特币交易，每一笔交易都有一个唯一标识(TxID)，这个唯一标识就是这笔交易的哈希值。一个区块上所有交易的标识值构成了该区块默克尔哈希树的叶子结点，默克尔哈希树的根节点保存在区块头里面，因此所有交易与区块头部绑定在了一起。区块头里面的还保存着上一个区块头的哈希值，这让区块之间组成了一条链。该链中新的区块通过共识机制产生，每个区块中包含区块困难度。通过困难度可以计算区块哈希要达到的目标值，区块中包含可以填充的随机值字段，目的是通过填充该字段，使得区块头的哈希值低于目标值。单个节点将满足该条件的区块发送给其他节点。当大部分节点接受这个新区块后，这个区块便被增加到链上，其包含的所有交易也会在验证后得到确认。

区块链主要有三种应用类型，分别为公有链、私有链和联盟链。

公有链是指全世界任何人都可读取的、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认的、任何人都能参与其中共识过程的区块链——共识过程决定哪个区块可被添加到区块链中和明确当前状态。

私有链是指其写入权限仅在一个组织或一个人手里的区块链。读取权限或者对外开放，或者被任意程度地进行了限制。

联盟链是指其共识过程受到几个组织或者几个人控制的区块链。读取权限可以对外开放，或者也可以被任意程度地进行限制。

生活中，很多情况下需要若干个机构共同参与管理数据，如银行与银行之间、医院之间、保险公司之间等。这些情况我们可以采用联盟链的方式解决。这样做可以使数据被多个机构进行维护，防止了单个机构单方面否决交易的情况的出现，有效地避免了单个机构伪造、修改、删除数据以谋取利益的可能，使机构的注意力完全转到提高效率和服务的方面来。联盟链的安全性不取决于安全性最低的机构，它的安全性将大于参与其中的任何一个机构，所有参与者都会因此受益，提高自己的公信力。采用联盟链还有利于同行业之间形成统一的标准，实现行业的标准化。

共识机制主要分为两种：工作量证明机制和权益证明机制。

如果联盟链采用工作量证明共识机制的方式产生区块。每次区块的产生都需要进行大量的哈希计算，浪费电力能源和计算资源，而且分支区块的产生使得部分算力贡献不能转化为有效算力，造成计算能力的浪费；采用工作量证明的区块链应用由于需要算力保证需要花费一定的时间用于哈希计算，目前，采用共识机制的比特币交易确认速度理论最多只能达到7笔每秒，严重限制了比特币的扩展和应用；不仅如此，由于区块链中节点数量有限，联盟链的总算力并不高，容易被攻击者超过，安全性远不如公有链。

如果联盟链采用权益证明机制产生区块。联盟链的共识机制是持有货币的人可以产生区块，由于联盟链中节点个数有限，容易进行伪造的几率比公有链大得多，对于安全性要求相对较高的联盟链并不完全适用。

联盟链可以采用轮流记账方案，即参与节点是N个，规定从第一个区块开始，计算特定部分的哈希值，比较得出使得哈希值最小的公钥其相对应的节点进行挖矿，其他节点检验区块中数据的真实性后都进行共识确认。另外，一笔交易可能需要多个人或者一个机构的多个部门进行签名。这就需要对交易进行多个签名，但多个签名进行的验证需要对每个签名进行验证，比较繁琐。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于区块链的信息验证系统，能够对共识节点的记账权进行共识，可以对一笔交易进行门限签名，也可以通过父节点信息和一笔交易的默克尔哈希树树根对具体交易信息进行验证。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种基于区块链的信息验证系统，包括四种节点和三种模块，分别为：共识节点、签名节点、交易提交节点和验证节点，共识模块、签名模块和交易验证模块：

系统采用门限签名，即将群体的签名权力以门限方式分散给群中的各个成员；在(t,n)门限方案中，群的签名密钥被n个成员以门限方式共享，其中不少于t个成员能够合作代表这个群签名，而少于t个成员则无法代替群产生签名；

共识节点共同维护共识模块，管理区块链，收集有效交易并利用共识机制产生新的区块；

交易提交节点为签名模块生成最终签名并维护交易验证模块，即负责利用需要验证的信息构造默克尔哈希树，生成默克尔哈希树树根，并将该默克尔哈希树树根发送给签名节点进行签名，收集签名节点返回的自签名，利用其中t个子签名生成默克尔哈希树树根的签名，利用生成的签名和默克尔哈希树树根生成一个有效的签名并提交给共识节点；

签名节点为签名模块提供签名并维护交易验证模块，即n个签名节点生成需要进行门限签名的n个子密钥和一个用于验证的公钥，每个签名节点负责生成交易中默克尔哈希树树根的子签名并发送给交易提交节点，并在验证节点对交易验证时提供验证信息；

验证节点在验证模块中对待验证信息进行验证，即验证节点验证一端信息的有效性时，从签名节点和交易提交节点维护的网站中获取生成默克尔哈希树需要的相应内部节点信息，计算得到的默克尔哈希树树根，并与区块链上的相应的默克尔哈希树树根进行比较，若相同则验证信息有效，若不同则验证信息无效；

共识模块：每个参与共识的共识节点通过对比最新区块的哈希值和各个共识节点的地址的哈希值，共识模块选出下一个区块的共识节点；选出的共识节点收集验证当前交易信息，将有效的交易放入新的区块中，从而生成新的区块，并将新生成的区块广播给其他共识节点；

签名模块：交易提交节点利用所有待验证的信息构造默克尔哈希树，计算得到默克尔哈希树树根，交易提交节点将得到的默克尔哈希树树根交易和对应的验证信息提交给签名节点进行验证和签名；

签名节点收到默克尔哈希树树根和对应的信息后，利用收到的信息构造默克尔哈希树计算得到默克尔哈希树树根与收到的默克尔哈希树树根进行比较，相同则生成默克尔哈希树树根的子签名并将该子签名发送给交易提交节点；

交易提交节点收到签名节点返回的签名后，验证签名的有效性，验证通过则保存该子签名；交易节点收到至少t个有效子签名后，选取其中t个子签名，计算得到默克尔哈希树树根的签名；交易提交节点利用签名和默克尔哈希树树根生成交易并将该交易发送给共识节点；

共识节点收到交易后，验证交易的有效性，验证通过后，广播给其他共识节点，并由负责产生新区块的共识节点将交易写入区块；

交易验证模块：签名节点与交易提交节点共同维护待验证的信息及其对应的默克尔哈希树；验证节点验证信息的有效性时，验证节点在区块链中获取需要验证的信息对应的默克尔哈希树树根，并从签名节点和交易提交节点维护的网站中获取验证需要的内部节点，将待验证信息与获取到的内部节点信息生成新的默克尔哈希树，计算得到默克尔哈希树树根，并将其与获取到的默克尔哈希树树根进行比较，若相同则验证信息有效，若不同则验证信息无效。

本发明的有益效果是：

本发明所述系统通过内部节点信息和一笔交易的默克尔哈希树树根对具体交易信息进行验证，实现了对默克尔哈希树树根的门限签名；本发明还提供了一种联盟链的共识方法，对节点的记账权进行共识。

附图说明

图1为本发明中共识节点共识方案的示意图；

图2为本发明中生成默克尔哈希树树根门限签名的方案示意图；

图3为交易验证模块中利用交易信息生成默克尔哈希树的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

本实施例提供一种基于区块链的信息验证系统，包括四种节点和三种模块，分别为：共识节点、签名节点、交易提交节点和验证节点，共识模块、签名模块和交易验证模块：

系统采用门限签名，即将群体的签名权力以门限方式分散给群中的各个成员；在(t,n)门限方案中，群的签名密钥被n个成员以门限方式共享，其中不少于t个成员能够合作代表这个群签名，而少于t个成员则无法代替群产生签名；

共识节点共同维护共识模块，管理区块链，收集有效交易并利用共识机制产生新的区块；

共识节点共识方案的流程示意图如图1所示，设m个共识节点的公钥分别为{L₁,L₂,...,L_m}，第i个区块的哈希值为hash_i，单向哈希函数H():{0,1}^*→{0,1}²⁵⁶；

当前区块高度为j时，每个共识节点利用高度为j的区块的哈希值和m个共识节点的公钥计算H(hash_j||L_i),i＝1,2,...,m，||为连接符，生成m个哈希值，比较生成的m个哈希值，找到最小哈希值及其对应的公钥L_k，则下一个区块由公钥L_k对应的公式节点生成；

当增加一个节点时，联盟链中所有共识节点全部存储上需要增加的节点公钥信息之后，对在约定区块高度后将该共识节点的公钥信息加入计算达成共识，并最终在约定区块高度后将该共识节点的公钥信息加入计算；同样，当减少一个节点时，所有节点达成共识后，减少该共识节点的计算；

当产生区块的节点出现故障时，在一定时间内若没有收到该节点发送的区块，则由使得哈希值第二小的公钥对应的共识节点产生新的区块。

交易提交节点为签名模块生成最终签名并维护交易验证模块，即负责利用需要验证的信息构造默克尔哈希树，生成默克尔哈希树树根，并将该默克尔哈希树树根发送给签名节点进行签名，收集签名节点返回的自签名，利用其中t个子签名生成默克尔哈希树树根的签名，利用生成的签名和默克尔哈希树树根生成一个有效的签名并提交给共识节点。

签名节点为签名模块提供签名并维护交易验证模块，即n个签名节点生成需要进行门限签名的n个子密钥和一个用于验证的公钥，每个签名节点负责生成交易中默克尔哈希树树根的子签名并发送给交易提交节点，并在验证节点对交易验证时提供验证信息。

验证节点在验证模块中对待验证信息进行验证，即验证节点验证一端信息的有效性时，从签名节点和交易提交节点维护的网站中获取生成默克尔哈希树需要的相应内部节点信息，计算得到的默克尔哈希树树根，并与区块链上的相应的默克尔哈希树树根进行比较，若相同则验证信息有效，若不同则验证信息无效。

共识模块：每个参与共识的共识节点通过对比最新区块的哈希值和各个共识节点的地址的哈希值，共识模块选出下一个区块的共识节点；选出的共识节点收集验证当前交易信息，将有效的交易放入新的区块中，生成新的区块，并将新生成的区块广播给其他共识节点。

签名模块：生成默克尔哈希树树根门限签名的方案示意图如图2所示，n个签名节点利用无中心密钥生成方案生成签名密钥对和各自的子密钥对；

交易提交节点利用所有待验证的信息构造默克尔哈希树，计算得到默克尔哈希树树根，交易提交节点将得到的默克尔哈希树树根交易和对应的验证信息提交给签名节点进行验证和签名；

签名节点收到默克尔哈希树树根和对应的信息后，利用收到的信息构造默克尔哈希树计算得到默克尔哈希树树根与收到的默克尔哈希树树根进行比较，相同则生成默克尔哈希树树根的子签名并将该子签名发送给交易提交节点，不同则向交易提交节点发送错误信息并终止签名过程；

交易提交节点收到签名节点返回的签名后，验证签名的有效性，验证通过则保存该子签名；交易节点收到至少t个有效子签名后，选取其中t个子签名，计算得到默克尔哈希树树根的签名；交易提交节点利用签名和默克尔哈希树树根生成交易并将该交易发送给共识节点；

共识节点收到交易后，验证交易的有效性，验证通过后，广播给其他共识节点，并由负责产生新区块的共识节点将交易写入区块。

交易验证模块：交易验证模块中利用交易信息生成默克尔哈希树的示意图如图3所示，签名节点与交易提交节点共同维护待验证的信息及其对应的默克尔哈希树；验证节点验证信息的有效性时，验证节点在区块链中获取需要验证的信息对应的默克尔哈希树树根，并从签名节点和交易提交节点维护的网站中获取验证需要的内部节点，将待验证信息与获取到的内部节点信息生成新的默克尔哈希树，计算得到默克尔哈希树树根，并将其与获取到的默克尔哈希树树根进行比较，若相同则验证信息有效，若不同则验证信息无效。

Claims (1)

1.一种基于区块链的信息验证系统，其特征在于，包括四种节点和三种模块，分别为：共识节点、签名节点、交易提交节点和验证节点，共识模块、签名模块和交易验证模块：

系统采用门限签名，即将群体的签名权力以门限方式分散给群中的各个成员；在(t,n)门限方案中，群的签名密钥被n个成员以门限方式共享，其中不少于t个成员能够合作代表这个群签名，而少于t个成员则无法代替群产生签名；

共识节点共同维护共识模块，管理区块链，收集有效交易并利用共识机制产生新的区块；

交易提交节点为签名模块生成最终签名并维护交易验证模块，即负责利用需要验证的信息构造默克尔哈希树，生成默克尔哈希树树根，并将该默克尔哈希树树根发送给签名节点进行签名，收集签名节点返回的自签名，利用其中t个子签名生成默克尔哈希树树根的签名，利用生成的签名和默克尔哈希树树根生成一个有效的签名并提交给共识节点；

签名节点为签名模块提供签名并维护交易验证模块，即n个签名节点生成需要进行门限签名的n个子密钥和一个用于验证的公钥，每个签名节点负责生成交易中默克尔哈希树树根的子签名并发送给交易提交节点，并在验证节点对交易验证时提供验证信息；

验证节点在验证模块中对待验证信息进行验证，即验证节点验证一端信息的有效性时，从签名节点和交易提交节点维护的网站中获取生成默克尔哈希树需要的相应内部节点信息，计算得到的默克尔哈希树树根，并与区块链上的相应的默克尔哈希树树根进行比较，若相同则验证信息有效，若不同则验证信息无效；

共识模块：每个参与共识的共识节点通过对比最新区块的哈希值和各个共识节点的地址的哈希值，共识模块选出下一个区块的共识节点；选出的共识节点收集验证当前交易信息，将有效的交易放入新的区块中，从而生成新的区块，并将新生成的区块广播给其他共识节点；

签名模块：交易提交节点利用所有待验证的信息构造默克尔哈希树，计算得到默克尔哈希树树根，交易提交节点将得到的默克尔哈希树树根交易和对应的验证信息提交给签名节点进行验证和签名；

签名节点收到默克尔哈希树树根和对应的信息后，利用收到的信息构造默克尔哈希树计算得到默克尔哈希树树根与收到的默克尔哈希树树根进行比较，相同则生成默克尔哈希树树根的子签名并将该子签名发送给交易提交节点；

交易提交节点收到签名节点返回的签名后，验证签名的有效性，验证通过则保存该子签名；交易节点收到至少t个有效子签名后，选取其中t个子签名，计算得到默克尔哈希树树根的签名；交易提交节点利用签名和默克尔哈希树树根生成交易并将该交易发送给共识节点；

共识节点收到交易后，验证交易的有效性，验证通过后，广播给其他共识节点，并由负责产生新区块的共识节点将交易写入区块；

交易验证模块：签名节点与交易提交节点共同维护待验证的信息及其对应的默克尔哈希树；验证节点验证信息的有效性时，验证节点在区块链中获取需要验证的信息对应的默克尔哈希树树根，并从签名节点和交易提交节点维护的网站中获取验证需要的内部节点，将待验证信息与获取到的内部节点信息生成新的默克尔哈希树，计算得到默克尔哈希树树根，并将其与获取到的默克尔哈希树树根进行比较，若相同则验证信息有效，若不同则验证信息无效。