CN109272316A

CN109272316A - 一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统

Info

Publication number: CN109272316A
Application number: CN201811116933.1A
Authority: CN
Inventors: 胡建国; 全小虎; 丁颜玉; 李仕仁; 谭德志
Original assignee: Guangzhou Smart City Development Research Institute; Sun Yat Sen University
Current assignee: Guangzhou Smart City Development Research Institute; Sun Yat Sen University
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2019-01-25
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: CN109272316B

Abstract

本发明实施例公开了一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统，区块链系统与应用端建立交易节点和共识节点，所述方法包括如下步骤：所述区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动，并控制着共识节点在与应用端存在交付共识时产生区块，并将所产生的区块发送给交易节点，所述交易节点将所述区块存储在本地账本中。在本发明实施例中，将负责交易的节点和负责共识的节点区分开来，交易节点与应用紧紧相关，而共识节点只需获得应用的背书交易，然后独立的运行复杂的共识环节，可以使得共识节点独立采用算力大的终端，减少交易直接相关节点的负担，从而提升整个区块链的效率。

Description

一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，尤其涉及一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统。

背景技术

区块链(Blockchain)是随着比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的一种全新的去中心的分布式记账系统，系统中的节点无需互相信任，各节点通过统一的共识机制共同维护一份账本，每个节点都有一份完整的数据记录。区块链中各块(block)的交易通过密码学算法连接在一起，使得整个账本公开透明、可追踪、不可篡改。

区块链技术是比特币的技术基础，它可以简要概括成是一个去中心化的全局账本，区块链的问世并不是一项无中生有的创新，而是许多现有技术的组合与配合，其中包括分布式数据存储，点对点网络，共识机制，加密算法等等。具体一点来说，区块链的数据结构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，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。

区块链的高效性与共识算法息息相关，但是目前区块链平台中的每个节点承担了额外的验证任务，甚至无关某项交易的节点也要对该交易进行一系列的签名验签过程，这无疑大大增加了网络中节点的负担，也严重的影响了整个区块链网络的效率，尤其对于物联网中的区块链应用场景，物联网中的每个节点可能就是一个台灯，或者一台家电等等，它们的计算能力十分有限，承担如此之大的负担对于物联网区块链应用的落地也是非常的阻碍。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统，通过搭建共识节点进行区块计算，减少非共识。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于区块链网络下的区块实现方法，区块链系统与应用端建立交易节点和共识节点，所述方法包括如下步骤：

所述区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动，并控制着共识节点在与应用端存在交付共识时产生区块，并将所产生的区块发送给交易节点，所述交易节点将所述区块存储在本地账本中。

所述区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动包括：

所述应用端向交易节点提出调用智能合约的请求，并由交易节点调用智能合约上的接口查询本地账本，并将所查询的内容基于交易节点返回给应用端。

所述区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动，并控制着共识节点在与应用端存在交付共识时产生区块，并将所产生的区块发送给交易节点，所述交易节点将所述区块存储在本地账本中包括：

所述应用端向交易节点提出调用智能合约的请求，并发送自己产生的交易；

交易节点调用智能合约上的接口，在本地账本的基础上对于应用端发送来的交易进行背书，然后将背书后的交易返回给应用端；

应用端将背书后的交易发送给共识节点，共识节点将收集到的交易进行共识产生区块，并发送给区块链系统上的交易节点；

所述交易节点对所述区块进行验证，并将区块更新到自己的本地账本中。

所述交易节点为一个以上，所述一个以上的交易节点所需的区块由所述共识节点产生。

所述共识节点采用SM2加密算法进行签名验签的安全性进行加密处理、SM3杂凑算法进行非对称加密。

所述采用SM2加密算法进行签名验签的安全性进行加密处理包括：

建立连续椭圆曲线方程；

任意取椭圆曲线上两点P、Q，作直线交于椭圆曲线的另一点R'，过R'做y轴的平行线交于R，定义P+Q＝R；

将椭圆曲线离散化到有限素数域Fp，其中p为质数，Fp中有p个元素；

对于上述描述的有限域Fp，首先用随机数发生器产生一个随机整数；

通过计算多倍点P＝d*G得到密钥对(d，P)其中d为私钥，P为公钥。

所述SM3杂凑算法进行非对称加密包括：通过八个字寄存器来生成6位杂凑数。

相应的，本发明还提出了一种基于区块链网络下的区块实现系统，所述系统执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

在本发明实施例中，本方法的区块链平台将原有的节点划分为交易节点和共识节点，由共识节点来处理共识工作生成区块，针对非共识下各项交易不需要进行签名验证过程，减少节点上的网络负担，加强整个区块链网络的计算效率，而由一个共识节点针对所关联的交易节点进行共识处理，而这些共识处理后的结果都可以在交易节点所对应的本地账本中实现存储，加大了共识算法处理的效率，针对非必要的共识处理机制，很多相关交易可以快速得到响应和处理，提高了区块链节点的效率。SM2为基于椭圆曲线密码的公钥密码算法，SM3为密码hash算法。本发明实施例中的区块链平台支持国密标准的商用密码算法，可以使得基于本区块链平台的应用安全级别更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的基于区块链网络下的区块实现系统结构示意图；

图2是本发明实施例中的区块链网络节点的结构示意图；

图3是本发明实施例中的基于区块链网络下的区块实现方法流程图；

图4是本发明实施例中的椭圆曲线上两点加法的和所示示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中的基于区块链网络下的区块实现系统结构示意图，该区块链平台包括：成员准入系统，区块链基础系统和智能合约系统，其中区块链基础系统和智能合约系统是区块链2.0的标配，而成员准入系统是联盟连必须的一个组成部分。

图2示出了本发明实施例中的区块链网络节点的结构示意图，本区块链网络节点中包括交易节点和共识节点，交易节点主要处理应用端发起的交易请求，而共识节点主要将应用端收集到的交易进行打包产生区块，以下结合区块链中的两个主要操作来说明两类节点是如何运作的。本区块链网络节点上的应用端可以连接着若干个交易节点和共识节点，若干个交易节点对应处理应用端上不同的交易事项，若干个交易节点所需要的区块可由所关联的共识节点来完成。

对于应用端所需求的查询交易操作：应用端首先向交易节点提出调用智能合约的请求，请求的具体操作为“查询”，然后由交易节点调用智能合约相关接口，查询本地账本，并将查询内容返回给应用，该部分无需共识节点的参与。

对于应用端所需求的提交交易操作：应用端首先向交易节点提出调用智能合约的请求，并发送自己产生的交易，请求的具体操作为“调用”，交易节点然后调用智能合约相关接口，在本地账本的基础上对于应用发送来的交易进行背书，然后将背书后的交易返回给应用。应用将背书后的交易发送给共识节点，节点将收集到的交易进行共识产生区块，并发送给所有交易节点，交易节点对该区块进行简单的验证，然后更新到自己的本地账本中。

具体的，图3示出了本发明实施例中的基于区块链网络下的区块实现方法流程图，该区块链系统与应用端建立交易节点和共识节点，具体步骤如下：

S301、该区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动；

具体的，该应用端向交易节点提出调用智能合约的请求，并由交易节点调用智能合约上的接口查询本地账本，并将所查询的内容基于交易节点返回给应用端。

S302、该区块链系统控制着共识节点在与应用端存在交付共识时产生区块，并将所产生的区块发送给交易节点，所述交易节点将所述区块存储在本地账本中。

具体的，该应用端向交易节点提出调用智能合约的请求，并发送自己产生的交易；交易节点调用智能合约上的接口，在本地账本的基础上对于应用端发送来的交易进行背书，然后将背书后的交易返回给应用端；应用端将背书后的交易发送给共识节点，共识节点将收集到的交易进行共识产生区块，并发送给区块链系统上的交易节点；交易节点对所述区块进行验证，并将区块更新到自己的本地账本中。

需要说明的是，这里的交易节点为一个以上，该一个以上的交易节点所需的区块由所述共识节点产生。

本发明实施所涉及区块链系统的增加国密支持部分，本区块链平台非对称加密主要采用SM2加密算法，用SM3杂凑数算法来替代hash单向加密算法。

1、首先取连续椭圆曲线方程y²＝x³+ax+b；

其中：

a＝FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 00000000 FFFFFFFFFFFFFFFC

b＝28E9FA9E 9D9F5E34 4D5A9E4B CF6509A7 F39789F5 15AB8F92 DDBCBD414D940E93

2、定义椭圆曲线上的加法如下：

任意取椭圆曲线上两点P、Q(若P、Q两点重合，则作P点的切线)，作直线交于椭圆曲线的另一点R'，过R'做y轴的平行线交于R，定义P+Q＝R。

这样，加法的和也在椭圆曲线上，并同样具备加法的交换律、结合律，加法如图4中所示。

3、将椭圆曲线离散化到有限素数域Fp：

其中p为质数，Fp中有p个元素。本专利中：

p＝FFFFFFFE FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF 00000000 FFFFFFFFFFFFFFFF

则连续椭圆曲线转换到离散有限域方法如下：

y²＝x³+ax+b(mod p)；

其中，x，y∈[0，p-1]

并选区其中某点为几点G(Gx，Gy)本专利中如下选区基点：

Gx＝32C4AE2C 1F198119 5F990446 6A39C994 8FE30BBF F2660BE1 715A4589334C74C7

Gy＝BC3736A2F4F6779C 59BDCEE3 6B692153D0A9877C C62A4740 02DF32E52139F0A0

4、多倍点运算求公密钥：

然后通过计算多倍点P＝d*G得到密钥对(d,P)其中d为私钥，P为公钥。

通过这种方式生成的公私钥对来对区块链中相应部分进行签名验签的安全性进行加密处理。

以下为SM3杂凑数算法实现过程，本算法通过八个字寄存器来生成最终的256位杂凑数，分别用ABCDEFGH来表示。

本算法要用到的符号表示解释如下：

ABCDEFGH：八个串联的字寄存器；

B(i)：第i个分组消息；

FF_j:布尔函数：

GG_j：布尔函数：

IV：初始值，取IV＝7380166f 4914b2b9 172442d7 da8a0600 a96f30bc 163138aae38dee4d b0fb0e4e

P₀，P₁:置换函数：

T_j:常量：

算法描述：

(1)填充：

假设消息m长度位l。具体填充方式为，首相将“1”填充值消息尾，在添加k个“0”，并满足(l+1+k)mod512＝448，将l表示成64为的二进制串添加到最后得到填充后的消息m′，它的长度是512的整数倍。

(2)迭代压缩：

(2.1)消息分组：

将填充后的消息m′按512比特进行分组：m′＝B⁽⁰⁾B⁽¹⁾···B^(n-1)

(2.2)消息扩展：

将消息分组B(i)按以下方法扩展生成132个字W₀，W₁，···，W₆₇，W′₀，W′₁，···，W′₆₃

a)将信息分组B⁽ⁱ⁾划分为16个字W₀,W₁,…,W₁₅。

b)FOR j＝16TO 67；

ENDFOR

c)FOR j＝0TO 67；

ENDFOR；

(2.3)定义压缩函数CF(V⁽ⁱ⁾，B⁽ⁱ⁾)：

ABCDEFGH←V⁽ⁱ⁾；

FORj＝0 TO 63；

SS₁←((A＜＜＜12)+E+(T_j＜＜＜j))＜＜＜7；

TT₁←FF_j(A,B,C)+D+SS₂+W′_j；

TT₂←GG_j(E,F,G)+H+SS₁+W_j；

D←C；

C←B＜＜＜9；

B←A；

A←TT₁；

H←G；

G←F＜＜＜19；

F←E；

F←P₁(TT₂)；

ENDFOR；

(2.4)压缩迭代：

对m′按下列方式迭代：

FOR i＝0 TO n-l；

V⁽ⁱ⁺¹⁾＝CF(V⁽ⁱ⁾,B⁽ⁱ⁾)；

ENDFOR；

(2.5)最终杂凑数：

ABCDEF GH←V(n)

输出的256位杂凑数值y＝ABCDEFGH。

需要说明的是，由于本平台采用go语言编写，国密算法实现部分采用软件实现方法，提供软件国密算法集。本平台的区块链加密服务提供4大类接口：

密钥生命周期管理：

密钥产生接口；

密钥派生接口；

密钥导入接口；

密钥导出接口；

杂凑数管理：

杂凑运算接口；

杂凑获取接口；

签名认证管理：

签名接口；

验证接口；

加解密功能：

加密接口；

解密接口；

在这些软解接口的基础之上，通过软件实现的模式实现一套国密标准的加解密算法集合，通过go的加密库，提供支持国密标准的不同类型的算法软件实现。

本发明实施例提出一种新的区块链网络的节点架构，将负责交易的节点和负责共识的节点区分开来，交易节点与应用紧紧相关，而共识节点只需获得应用的背书交易，然后独立的运行复杂的共识环节，因此这种区分，可以使得共识节点独立采用算力大的终端，减少交易直接相关节点的负担，从而提升整个区块链的效率。在区块链网络的节点结构中引入国密算法标准对对于本平台在国内的商业推广有很重要的作用。本专利提供支持国密标准的多种加密算法：包括SM2/SM3/SM4，将区块链中的数据安全性提升到更高的等级。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的基于区块链网络下的区块实现方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，区块链系统与应用端建立交易节点和共识节点，所述方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，所述区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动包括：

3.如权利要求1所述的基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，所述区块链系统控制着交易节点在非交付共识下与应用端实现交易互动，并控制着共识节点在与应用端存在交付共识时产生区块，并将所产生的区块发送给交易节点，所述交易节点将所述区块存储在本地账本中包括：

4.如权利要求3所述的基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，所述交易节点为一个以上，所述一个以上的交易节点所需的区块由所述共识节点产生。

5.如权利要求1至4任一项所述的基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，所述共识节点采用SM2加密算法进行签名验签的安全性进行加密处理、SM3杂凑算法进行非对称加密。

6.如权利要求5所述的基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，所述采用SM2加密算法进行签名验签的安全性进行加密处理包括：

建立连续椭圆曲线方程；

7.如权利要求5所述的基于区块链网络下的区块实现方法，其特征在于，所述SM3杂凑算法进行非对称加密包括：通过八个字寄存器来生成6位杂凑数。

8.一种基于区块链网络下的区块实现系统，其特征在于，所述系统执行如权利要求1至7任一项所述的方法。