CN109376528B - 一种基于区块链的可信身份管理系统和方法 - Google Patents

一种基于区块链的可信身份管理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的可信身份管理系统和方法，涉及计算机网络安全领域，包括区块链模块、虚拟链模块和存储模块；区块链模块记录用户信息状态，和用户与应用服务器交互信息；虚拟链模块接收用户和应用服务器的请求，定义对区块链模块与存储模块的逻辑操作；存储模块保存用户的个人信息并进行备份；虚拟链模块位于区块链模块上层，存储模块位于虚拟链模块上层。本发明摆脱了对于保障用户信息安全性等而付出的人力和时间成本，解决了传统区块链低吞吐量和交易速度慢等问题。

Description

一种基于区块链的可信身份管理系统和方法
技术领域
本发明涉及计算机网络安全领域，尤其涉及一种基于区块链的可信身份管理系统。
背景技术
区块链(Blockchain)技术是一种分布式账本技术，其中每一份账本都记录了系统中所有当前及历史交易。为了防止过往消息被篡改并保持账本的完整性，区块链技术设定了一系列的特定规则。在对等网络中多个节点共同维护一个持续增长、由时间戳和有序记录数据块所构建的链式列表账本的分布式数据库技术。使得参与系统中的任意多个节点，把一段时间系统内全部信息交流的数据，通过密码学算法计算和记录到一个数据块(block)，并且生成该数据块的指纹用于链接(chain)下个数据块和校验，系统所有参与节点来共同认定记录是否为真。由于区块链具有去中心化、去信任、集体维护、可靠数据库等特性，可以有效的保障系统的健壮性和存储内容的安全性与隐私性。可以将区块链看作一个可信的去中心化数据库。
分布式存储(Distributed Storage)是一种数据存储技术，通过网络使用企业中的每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散存储在企业的各个角落。即将大量的普通服务器，通过网络互联，对外作为一个整体提供存储服务。具有可扩展性、可用性、可靠性、高性能、易维护、低成本等特性。
零知识证明(Zero—Knowledge Proof)，指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。零知识证明实质上是一种涉及两方或更多方的协议，即两方或更多方完成一项任务所需采取的一系列步骤。证明者向验证者证明并使其相信自己知道或拥有某一消息，但证明过程不能向验证者泄漏任何关于被证明消息的信息。大量事实证明，零知识证明在密码学中非常有用。如果能够将零知识证明用于验证，将可以有效解决许多问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于区块链的可信身份管理系统和方法，即结合区块链的可信身份管理系统，通过底层区块链实现用户的强共识及用户信息的完整性证明，将具体的逻辑操作脱离区块链而交由虚拟链实现，结合分布式存储技术建立具备精细化权限控制和零知识证明的强隐私保护身份管理系统。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现具备精细化权限控制和零知识证明的强隐私保护身份管理系统和方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于区块链的可信身份管理系统和方法。一种基于区块链的可信身份管理系统包括：区块链模块、虚拟链模块和存储模块；区块链模块记录用户信息状态，及用户与应用服务器交互信息；虚拟链模块接收用户和应用服务器的请求，定义对区块链模块与存储模块的逻辑操作；存储模块保存用户的个人信息并进行备份；虚拟链模块位于区块链模块上层，存储模块位于虚拟链模块上层。
进一步地，交互信息包括注册日志、信息请求与授权日志以及用户的私钥更新日志，区块链模块保证记录信息顺序的一致性。
进一步地，区块链模块还记录个人信息密文的哈希值，以保证个人信息完整性。
进一步地，虚拟链模块包括虚拟链节点和本地数据库，虚拟链节点接收用户和应用服务器的请求，结合对本地数据库操作，定义对区块链模块和存储模块的逻辑操作；用户通过虚拟链节点对存储模块中的个人信息进行增、删、改、查操作，应用服务器通过虚拟链节点得到位于存储模块的个人信息的URL，访问URL获取信息。
进一步地，逻辑操作包括写入区块链、查询区块内容、维护用户信息一致性和完整性、更改P2P分布式存储用户信息。
进一步地，存储模块包括各类分布式存储设备。
进一步地，存储模块通过Kademlia算法实现存储和查找操作。
进一步地，个人信息采用密文进行存储。
基于上述可信身份管理系统，本发明还提供了一种基于区块链的可信身份管理的方法，包括以下步骤：
步骤101、用户和应用服务商注册上述可信身份管理系统，经过公安机关的准入，获取相应的身份地址；
步骤102、用户使用私钥登录上述可信身份管理系统；
步骤103、用户填写并完善个人信息；
步骤104、用户通过应用服务商的系统接口向应用服务商请求服务；
步骤105、应用服务商向用户申请提供服务所需要的身份信息；
步骤106、用户收到应用服务商的请求，选择是否给予身份信息的授权；
步骤107、如果用户在规定时间T内选择给予相应的秘钥授权，即用户认为应用服务商请求的身份信息合理，则应用服务商获得相应的秘钥，可以解密出所需的身份信息；
步骤108、如果用户在规定时间T内只选择给予部分身份信息的秘钥授权，即用户认为应用服务商请求的身份信息存在不合理的情况，则应用服务商获得部分秘钥，可以解密部分身份信息；
步骤109、如果用户在规定时间T内未能给出身份信息的秘钥授权，即应用服务商的请求在有效时间内未能得到用户的响应，本次申请作废。
进一步地，个人信息包含地址、手机、昵称。
进一步地，私钥遗矢或不可信时需要更新，更新步骤包括：
步骤210、用户向虚拟链模块通过零知识证明自证身份；
步骤211、虚拟链模块确认用户身份真实可信，属于合法用户；
步骤212、生成新的公私钥，用户进行私钥的更新和保存；
步骤213、虚拟链模块全网广播更新信息，包括旧公钥的废除信息和新公钥的哈希值。
本发明提供的一种基于区块链的可信身份管理系统和方法，可以建立用户和应用间的对等模式，用户的个人信息不再存储在应用服务器，而是以密文形式存储在分布式存储系统中；提供服务所需要的用户信息由用户进行管理授权。应用服务提供方需遵守信息最小化原则，即仅能获取足以提供相应服务的最少量信息；摆脱了对于保障用户信息安全性等而付出的人力和时间成本，能够专注于如何利用现有信息为用户提供更优质的个性化服务。另外，通过包含虚拟链模块的三层系统架构，解决了传统区块链低吞吐量和交易速度慢等问题。引入了一个去中心化的P2P云存储网络(即存储模块)将信息存储网络与区块链分离，提高区块链写入速度与抗分叉的安全性能。虚拟链模块的存在使得本系统可以在不同的区块链间移植，从而具备对于那些针对不同区块链技术漏洞发起的攻击的抵御能力。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的基于区块链的可信身份管理系统示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的基于区块链的可信身份管理方法流程图；
图3是本发明的一个较佳实施例的更新用户私钥流程图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，实施例一，一种基于区块链的可信身份管理系统包括：区块链模块、虚拟链模块和存储模块，虚拟链模块位于区块链模块上层，存储模块位于虚拟链模块上层。
区块链模块记录用户信息状态，及用户与应用服务器交互信息，包括注册日志、信息请求与授权日志以及用户的私钥更新日志，区块链模块保证记录信息顺序的一致性，还记录个人信息密文的哈希值，以保证个人信息完整性；虚拟链模块，包括虚拟链节点和本地数据库，虚拟链节点接收用户和应用服务器的请求，结合对本地数据库操作，定义对区块链模块和存储模块的逻辑操作，包括写入区块链、查询区块内容、维护用户信息一致性和完整性、更改P2P分布式存储用户信息；用户通过虚拟链节点对存储模块中的个人信息进行增、删、改、查操作，应用服务器通过虚拟链节点得到位于存储模块的个人信息的URL，访问URL获取信息；虚拟链模块接收用户和应用服务器的请求，定义对区块链模块与存储模块的逻辑操作。存储模块包括各类分布式存储设备，保存用户的个人信息并进行备份，个人信息采用密文进行存储，通过Kademlia算法实现存储和查找操作。
基于上述可信身份管理系统，实施例二还提供了一种基于区块链的可信身份管理的方法，如图2所述，包括以下步骤：
步骤101、用户和应用服务商注册上述可信身份管理系统，经过公安机关的准入，获取相应的身份地址；
步骤102、用户使用私钥登录上述可信身份管理系统；
步骤103、用户填写并完善个人信息，包含地址、手机、昵称；
步骤104、用户通过应用服务商的系统接口向应用服务商请求服务；
步骤105、应用服务商向用户申请提供服务所需要的身份信息；
步骤106、用户收到应用服务商的请求，选择是否给予身份信息的授权；
步骤107、如果用户在规定时间T内选择给予相应的秘钥授权，即用户认为应用服务商请求的身份信息合理，则应用服务商获得相应的秘钥，可以解密出所需的身份信息；
步骤108、如果用户在规定时间T内只选择给予部分身份信息的秘钥授权，即用户认为应用服务商请求的身份信息存在不合理的情况，则应用服务商获得部分秘钥，可以解密部分身份信息；
步骤109、如果用户在规定时间T内未能给出身份信息的秘钥授权，即应用服务商的请求在有效时间内未能得到用户的响应，本次申请作废。
如图3所示，本实施例采用零知识证明更新用户私钥，流程如下：
步骤210、用户向虚拟链模块通过零知识证明自证身份；
步骤211、虚拟链模块确认用户身份真实可信，属于合法用户；
步骤212、生成新的公私钥，用户进行私钥的更新和保存；
步骤213、虚拟链模块全网广播更新信息，包括旧公钥的废除信息和新公钥的哈希值。
具体地，在正常情况下，用户接入本系统并与虚拟链节点进行交互时，需由本地发送消息到虚拟链节点，消息中包含数字签名、用户公钥等信息。而虚拟链节点本地数据库保存了用户的公钥哈希值，因此可以查询到用户并进行验签操作。以此用户来向虚拟链节点验明身份。私钥更新操作中，用户已有的私钥已经遗失或不可信，因此不能利用数字签名来证明合法身份。在本实施例采用的是Fiat-Shamir身份认证协议，协议内容与实现如下：
用户在注册时，生成两个大素数p、q(用于计算n＝p*q)后，将n上传至云端保存。用户选择一个秘密值s，其中s与n互素且1≤s≤n-1。用户将v＝s2mod(n)计算得到后写入身份令牌，因此虚拟链节点可以查询到v。
在用户要进行私钥更新操作时，用户选择一个不大于n的随机数r，并计算x＝r2mod(n)作为其承诺发送到虚拟链节点。虚拟链节点以挑战e＝0或1进行应答。用户分别在e＝0或1时计算y＝r与y＝r*s mod(n)，将响应发送至虚拟链节点。虚拟链节点验证y2＝x*vemod(n)。若验证通过，则用户需重新发送承诺，重复上述步骤TIMESTOCHECK次，全部通过即成功验证用户合法身份。此时，虚拟链节点接受用户发送的新的公钥哈希值，完成私钥更新操作。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，包括区块链模块、虚拟链模块和存储模块；所述区块链模块记录用户信息状态，和所述用户与应用服务器交互信息；所述虚拟链模块接收所述用户和所述应用服务器的请求，定义对所述区块链模块与所述存储模块的逻辑操作；所述存储模块保存所述用户的个人信息并进行备份；所述虚拟链模块位于所述区块链模块上层，所述存储模块位于所述虚拟链模块上层；
其中，在正常情况下，所述用户接入所述系统并与所述虚拟链模块进行交互时，由所述用户发送消息到所述虚拟链模块，所述消息中包含数字签名和用户公钥信息，所述虚拟链模块根据保存的所述用户的公钥哈希值进行验签操作；在私钥更新操作中，所述系统采用Fiat-Shamir身份认证协议，与所述虚拟链模块验证所述用户的合法身份。
2.如权利要求1所述的基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，所述交互信息包括注册日志、信息请求与授权日志以及所述用户的私钥更新日志。
3.如权利要求1或2所述的基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，所述区块链模块还记录所述个人信息密文的哈希值。
4.如权利要求1所述的基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，所述虚拟链模块包括虚拟链节点和本地数据库，所述虚拟链节点接收所述用户和所述应用服务器的请求，结合对所述本地数据库操作，定义对所述区块链模块和所述存储模块的逻辑操作；所述用户通过所述虚拟链节点对所述存储模块中的所述个人信息进行增、删、改、查操作，所述应用服务器通过所述虚拟链节点得到位于所述存储模块的所述个人信息的URL，访问所述URL获取信息。
5.如权利要求4所述的基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，所述逻辑操作包括写入区块链、查询区块内容、维护用户信息一致性和完整性、更改P2P分布式存储用户信息。
6.如权利要求1所述的基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，所述存储模块包括各类分布式存储设备。
7.如权利要求1或6所述的基于区块链的可信身份管理系统，其特征在于，所述存储模块通过Kademlia算法实现存储和查找操作。
8.一种基于如权利要求1至7任一所述系统的可信身份管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤101、用户和应用服务商注册所述系统，经过公安机关的准入，获取相应的身份地址；
步骤102、所述用户使用私钥登录所述系统；
步骤103、所述用户填写并完善个人信息；
步骤104、所述用户通过所述应用服务商的系统接口向所述应用服务商请求服务；
步骤105、所述应用服务商向所述用户申请提供所述服务所需要的身份信息；
步骤106、所述用户收到所述应用服务商的请求，选择是否给予所述身份信息的授权；
步骤107、如果所述用户在规定时间T内选择给予相应的秘钥授权，即所述用户认为所述应用服务商请求的所述身份信息合理，则所述应用服务商获得所述秘钥，可以解密出所需的所述身份信息；
步骤108、如果所述用户在规定时间T内只选择给予部分所述身份信息的秘钥授权，即所述用户认为所述应用服务商请求的所述身份信息存在不合理的情况，则所述应用服务商获得部分所述秘钥，可以解密部分所述身份信息；
步骤109、如果所述用户在规定时间T内未能给出所述身份信息的秘钥授权，即所述应用服务商的请求在有效时间内未能得到所述用户的响应，本次申请作废。
9.如权利要求8所述的可信身份管理方法，其特征在于，所述个人信息包含地址、手机、昵称。
10.如权利要求8或9所述的可信身份管理方法，其特征在于，所述私钥遗矢或不可信时需要更新，更新步骤包括：
步骤210、所述用户向所述虚拟链模块通过零知识证明自证身份；
步骤211、所述虚拟链模块确认所述用户身份真实可信，属于合法用户；
步骤212、生成新的公私钥，所述用户进行所述私钥的更新和保存；
步骤213、所述虚拟链模块全网广播更新信息，包括旧公钥的废除信息和新公钥的哈希值。
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