CN108768652A - 一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法 - Google Patents

一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，该方法采用一套身份和消息验证流程，在数字证书的颁发、节点接入交易平台、节点进行交易以及交易内容在节点间传输这些可能被黑客用量子计算或其他手段攻破的环节上，均采用抗量子攻击的NTRUsign算法生成签名或验证签名，加强了身份和信息安全性的验证，使得联盟链整体上可以抵抗量子计算的攻击，使得联盟链在未来的量子计算时代仍然有较强的生命力。

Description

一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法
技术领域
本发明涉及区块链中的数字签名技术和其应用，尤其涉及一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法。
背景技术
联盟链技术是建立于区块链技术之上的，主要针对大型公司，政府机构和产业联盟的区块链技术需求，提供企业级的区块链网络解决方案。该技术是区块链技术的拓展应用。它的本质也是一个分布式数据存储协议。能够安全的存储交易信息或者其他数据，具有信息的不可伪造，不可篡改等保证。每一笔交易的确认和记录需要所有的节点共同参与，并有共识算法保证数据的有效性和正确性。每笔交易都有可溯源性，每个参与节点都存储着完整的交易信息。除此之外，联盟链是私有链的一种应用，它不同于公有链，对所有节点都开放。联盟链通过数字证书认证机制，对节点的准入准出有着严格的控制。这样保证了业务数据的安全性和业务交易的安全性。
联盟链对性能和安全性有着更高的要求，往往要考虑经济和政治等多种因素，对加密级别的要求有着更高的标准。而随着量子计算机的发展，联盟链技术最基础的加密体系面临被攻破的危机。一旦联盟链加密体制的安全性得不到保证，则基于联盟链技术的应用就无法提供数据安全，不可伪造，篡改等基础服务。因此，加强联盟链的加密体制是在量子计算时代的当务之急。
抗量子攻击算法：NTRU和NTRUsign
NTRU公钥加密体质是由J.Hoffstein,J.Pipher和J.H.Silverman三位美国数学家提出的基于多项式环的秘钥体质。算法原理是基于数论寻找一个格中最短向量的问题，其加密算法具有抗量子攻击性。此外，相比于现有的算法，其加密和解密速度都更加快速，其加密和解密算法复杂度是O(n^2),而Elgamal和RSA都是O(n^3).在标准化方面，该算法很适用于应用在企业链这种，需要高安全性和高性能的区块链加密场景中。目前，NTRU已经正式成为IEEEP1363标准。而NTRUsign算法是基于格中最短向量难解问题，设计出的一种专门的签名算法，该算法的验证过程不需要完整把密文解密，只需要验证验证几个等式是否成立，进而得知密文和原文是否满足各种最短距离这一要求，从而判断签名是否有效。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，该方法能够保证整个联盟区块链平台的可靠性和安全性。具体技术方案如下：
一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：当某个节点要加入联盟链时，由区块链平台的证书发布者向其发布带有发布者数字签名的节点准入证书；
S2：当该节点要发起交易之前，该节点使用它的数字证书向平台请求交易证书，该节点首先对请求的文件进行签名，并由平台验证请求的文件签名和准入的数字证书，通过后授予该节点交易证书TCert，此时该节点才可以发起交易；当该节点发起交易时，该节点需先对交易内容签名，并采用JSONRPC协议封装后，再使用TCert证书的私钥对封装后的交易内容进行签名；
S3：节点向区块链平台广播交易；
S4：区块链平台的其他接收到该交易的节点首先采用NTRUsign算法验证发起该消息的节点的TCert证书的私钥对封装后的交易内容的签名是否合法，再次对交易请求的文件的签名进行验证，最后验证交易内容的合法性，当全部验证通过后，接收节点认可此交易，并继续传播，直到该交易被共识算法认同后，写入区块链；
上述的所有签名均采用NTRUsign算法产生，具体过程如下：
(1)节点对要加密的内容进行哈希映射，产生一个待加密的摘要；
(2)通过NTRUsign算法和该节点的私钥，对所述的摘要进行加密，生成NTRUsign签名；
所述的S4中采用NTRUsign算法验证签名的具体过程如下：
(1)接收节点对要发送节点加密的内容进行哈希映射，产生一个待加密的摘要；
(2)接收节点通过验证所述的摘要和签名之间的格间距，判断签名是否有效。
优选地，所述的S1中的节点准入证书和S2中的节点交易证书的密钥也是由NTRUsign算法生成的。
优选地，所述的S2中，使用TCert证书的私钥对封装后的交易内容进行签名后，该节点还要对自己的身份进行签名；同时，S4中接收该交易的节点首先采用NTRUsign算法对发起或传播该交易的节点的身份签名进行验证，然后在广播该交易之前采用自己的私钥对该交易签名。
优选地，所有的签名均首先采用NTRUsign算法，之后再采用其他的签名算法签名后生成，验证签名时，要先采用与签名时对应的其他签名算法验证后，再用NTRUsign算法验证。
优选地，所述的其他签名算法包括ECDSA和国秘算法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的加密方法采用的NTRU算法在加密和解密速度上，比传统的RSA算法更有优势，因此也更加适合联盟链这种对安全性和使用性能都有较高要求的平台中。且NTRUsign算法在验证签名时，无需解密整个密文，巧妙利用格中最短向量难解问题来验证原文和签名的距离，从而更有效地完成签名的认证，本发明的加密方法保证了联盟链交易的完整流程可以抵抗量子计算攻击，使得联盟链在未来的量子计算时代仍然有较强的生命力。
附图说明
图1是本发明的可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法的流程图；
图2是NTRUsign算法实现数字签名的流程图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
健全的加密体系和当今密码学原理是联盟链能够保证信息可靠性，资产安全性的根本。而在即将来临的量子计算时代，传统的加密体系和密码学原理存在诸多漏洞，理论上可以被量子计算攻破，进而导致联盟链的应用毫无价值。本发明意在利用一种可抗量子攻击的算法，设计出一套更加完善的联盟区块链加密体系，对可能存在的加密漏洞进行加固，使得联盟区块链在未来的量子计算时代仍有不可攻破的加密体系。
如图1所示，一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，该方法包括如下步骤：
S1：当某个节点要加入联盟链时，由区块链平台的证书发布者向其发布带有发布者数字签名的节点准入证书；
联盟链中，通过数字证书的发布来标识每一个节点的身份和交易权限等，是节点获得信任，加入交易的必要条件。每一个新证书都是由具有发布该证书权限的上级节点发布给新节点的。在发布证书时，采用NTRUsign算法对证书进行签名，标识出这个证书的发布者，和证书的内容。并且采用无法被量子攻击击破的签名加密方法，保证其签名无法被仿造，从而保证每一个通过验证的数字证书都是由合法节点所发布的。且发布的证书内容没有被修改过。
S2：当该节点要发起交易之前，该节点使用它的数字证书向平台请求交易证书，该节点首先对请求的文件进行签名，并由平台验证请求的文件签名和准入的数字证书，通过后授予该节点交易证书TCert，此时该节点才可以发起交易；当该节点发起交易时，该节点需先对交易内容签名，并采用JSONRPC协议封装后，再使用TCert证书的私钥对封装后的交易内容进行签名；
节点交易之前接入平台的认证是为了根据用户的权限，获取发起交易的许可证书的。而这个认证同样需要保证发起方和授权方身份的证实。所以采用NTRUsign算法对接入请求进行签名认证，从而保证在该认证环节，请求接入的节点身份可靠，接入的交易在该节点的合法权限之内，且认证方法无法被量子计算攻破。
对交易内容的签名认证，是为了保证交易的合法性，因此还要去其使用交易许可证的私钥再次对封装后的交易进行签名。两次签名的有效性和安全性直接影响到联盟链交易信息的可靠性，采用NTRUsign算法进行验证和签名，从而保证交易信息的安全不可伪造性。
S3：节点向区块链平台广播交易；
S4：区块链平台的其他接收到该交易的节点首先采用NTRUsign算法验证发起该消息的节点的TCert证书的私钥对封装后的交易内容的签名是否合法，再次对交易请求的文件的签名进行验证，最后验证交易内容的合法性，当全部验证通过后，接收节点认可此交易，并继续传播，直到该交易被共识算法认同后，写入区块链；
为了使联盟链提供更高标准的安全性保障，本发明的加密方法对节点间的数据传输也有验证，防止已加入的节点中恶意篡改信息。或者黑客通过伪造交易节点，发布非法信息。因此，在每个节点进行广播传递消息时，我们使用NTRUsign算法其进行签名，保证节点所接受到的消息都是由可信节点发布的。进而保证联盟链中所有涉及到密码学加密的方面都可以抵抗量子计算的攻击。
上述的所有签名均采用NTRUsign算法产生，具体过程如下(如图2所示)：
(1)节点对要加密的内容进行哈希映射，产生一个待加密的摘要；
(2)通过NTRUsign算法和该节点的私钥，对所述的摘要进行加密，生成NTRUsign签名；
所述的S4中采用NTRUsign算法验证签名的具体过程如下：
(1)接收节点对要发送节点加密的内容进行哈希映射，产生一个待加密的摘要；
(2)接收节点通过验证所述的摘要和签名之间的格间距，判断签名是否有效。
进一步地，所述的S1中的节点准入证书和S2中的节点交易证书的密钥也是由NTRUsign算法生成的。
为了进一步提高联盟链的安全性，所述的S2中，使用TCert证书的私钥对封装后的交易内容进行签名后，该节点还要对自己的身份进行签名；同时，S4中接收该交易的节点首先采用NTRUsign算法对发起或传播该交易的节点的身份签名进行验证，然后在广播该交易之前采用自己的私钥对该交易签名。
为了更进一步提高联盟链的安全性，抵抗量子计算攻击，所有的签名均在采用NTRUsign算法，还可以再采用其他的签名算法签名后生成，验证签名时，要先采用与签名时对应的其他签名算法验证后，再用NTRUsign算法验证。
所述的其他签名算法包括ECDSA和国秘算法。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：当某个节点要加入联盟链时，由区块链平台的证书发布者向其发布带有发布者数字签名的节点准入证书；
S2：当该节点要发起交易之前，该节点使用它的数字证书向平台请求交易证书，该节点首先对请求的文件进行签名，并由平台验证请求的文件签名和准入的数字证书，通过后授予该节点交易证书TCert，此时该节点才可以发起交易；当该节点发起交易时，该节点需先对交易内容签名，并采用JSONRPC协议封装后，再使用TCert证书的私钥对封装后的交易内容进行签名；
S3：节点向区块链平台广播交易；
S4：区块链平台的其他接收到该交易的节点首先采用NTRUsign算法验证发起该消息的节点的TCert证书的私钥对封装后的交易内容的签名是否合法，再次对交易请求的文件的签名进行验证，最后验证交易内容的合法性，当全部验证通过后，接收节点认可此交易，并继续传播，直到该交易被共识算法认同后，写入区块链；
上述的所有签名均采用NTRUsign算法产生，具体过程如下：
(1)节点对要加密的内容进行哈希映射，产生一个待加密的摘要；
(2)通过NTRUsign算法和该节点的私钥，对所述的摘要进行加密，生成NTRUsign签名；
所述的S4中采用NTRUsign算法验证签名的具体过程如下：
(1)接收节点对要发送节点加密的内容进行哈希映射，产生一个待加密的摘要；
(2)接收节点通过验证所述的摘要和签名之间的格间距，判断签名是否有效。
2.根据权利要求1所述的可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，其特征在于，所述的S1中的节点准入证书和S2中的节点交易证书的密钥也是由NTRUsign算法生成的。
3.根据权利要求1所述的可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，其特征在于，所述的S2中，使用TCert证书的私钥对封装后的交易内容进行签名后，该节点还要对自己的身份进行签名；同时，S4中接收该交易的节点首先采用NTRUsign算法对发起或传播该交易的节点的身份签名进行验证，然后在广播该交易之前采用自己的私钥对该交易签名。
4.根据权利要求1所述的可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，其特征在于，所有的签名均首先采用NTRUsign算法，之后再采用其他的签名算法签名后生成，验证签名时，要先采用与签名时对应的其他签名算法验证后，再用NTRUsign算法验证。
5.根据权利要求4所述的可抗量子攻击的联盟区块链底层加密方法，其特征在于，所述的其他签名算法包括ECDSA和国秘算法。
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