CN110378151A - 一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,可应用于教育管理部门及各类教育机构的重要选拔考试的成绩管理。本方案基于区块链的框架,方法包括:教育管理工作人员将考生成绩上传至区块链主结点,主结点对成绩进行验证和区块打包,由从结点将区块写入区块链中。由于区块链技术的分布式、无法篡改这两大特点,本方案设计能够保证考生成绩在上链之后不可能被任何人篡改,有力的维护了教育行业的公平性和公正性。且本方法支持国家密码管理局发布的国产密码算法,符合当前密码算法国产化的要求,有利于区块链应用在国内的实施。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术应用领域,更具体地,涉及一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法。
背景技术
随着高等教育的发展,进入大学学习的学生人数逐年上升,带动考研究生(含博士)人数的不断上升,如考研人数,从2017年的200万人飙升至2019年的290万。在这样的背景下,教育行业各类选拔考试的公平公正性面临严重挑战,而当前教育行业的考试成绩管理方法仍不完善,亟待新的技术来解决现有中心化管理的漏洞。
区块链的概念自从2008年中本聪首次在比特币白皮书中提出后,引起全世界的广泛关注。区块链技术采用去中心化的基础架构以及分布式共识存储技术。从记账的角度来看,区块链是一种分布式的账本系统和记账技术;从协议的角度看,区块链是一种从数据层面解决互联网中多方信任问题的新型信任协议。根据区块链的账户管理机制,目前区块链的主体架构可分为私有链架构、公有链架构、联盟链架构。私有链中链的写入权限只在一个组织或机构的手里,往往在个别组织内部使用且不对外开放。公有链中任何人都可以自由的加入并拥有写入权限,往往使用于公共的加密数字货币平台。联盟链中只有拥有特定权限的机构和个人才能加入,往往使用于企业间的互信合作场景。
近年来,区块链的热点开始逐渐从加密数字货币转移到提供多方信任的BaaS(Blockchain as a Service)平台,从政府到企业,许多大型的部门和公司都在探索“区块链+”的新型合作模式。2018年8月10日,全国首个区块链电子发票系统在深圳实现落地。2019年4月初,广州互联网法院“网通法链”智慧信用生态系统正式上线。可以预见,未来区块链会更多的运用在社会治理的各个方面。
椭圆曲线密码学(为ECC),一种公钥加密的算法,基于椭圆曲线数学。椭圆曲线在密码学中的使用是在1985年由Neal Koblitz和Victor Miller分别独立提出的。SM2椭圆曲线公钥密码算法是国家密码管理局于2010年12月17日发布的椭圆曲线公钥密码算法。相比于常用的RSA算法,SM2算法密码复杂度高、处理速度快、机器性能消耗更小,是一种更先进安全的算法。
随着密码技术的发展和计算机计算能力的快速增长,目前常用的1024位RSA算法面临严重的安全威胁,国家密码管理部门决定采用SM2椭圆曲线算法替换RSA算法。而目前主流的区块链系统还不支持国产密码,因此要使区块链应用在国内落地推广,需要对当前的区块链系统进行改造和安全性再评估。
发明内容
本发明针对教育行业现有公共考试方案的不足,提出一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,用于解决当前中心化成绩管理方法中考生成绩可能被篡改的问题。
解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,包括密钥管理和分发中心,所述密钥管理和分发中心负责向区块链中的所有包括结点和人员分发各自的公钥和私钥,包括以下步骤:
S1:密钥管理和分发中心向区块链中的所有结点和人员分发各自的公钥和私钥;
S2:为待写入区块链的成绩生成摘要,对所述的摘要进行签名;
S3:向区块链主结点上传成绩和成绩的摘要;
S4:主结点收到上传的成绩和成绩的摘要后验证签名和成绩摘要的正确性;
S5:主结点将验证通过的成绩和对应的摘要打包为区块并附上主结点签名,再向所有从结点广播该区块;
S6:从结点收到区块后验证主结点签名和成绩摘要的正确性;
S7:从结点使用区块中的成绩更新各自维护的查询系统的数据库。
优选地,密钥管理和分发中心使用国密局发布的SM2椭圆曲线公钥密码算法为各方计算出各自的公钥私钥并安全分发所述公钥和私钥,其中,各方的公钥在消息传递过程中公开,用于验证消息的正确性,各方的私钥对其他任何一方保密,用于生成消息签名。
优选地,区块链中任意两个结点或人员进行通信时,需要建立起安全的通信链接,实现通信双方的双向身份认证;
在通信过程中,消息的发送方向接收方发送的消息包括消息的密文和消息的签名;
所述发送方对发送的消息先使用接收方持有的SM2私钥进行加密生成密文,因为所述消息只有用所述接收方持有的SM2私钥才能解密,故此消息只有所述接收方能够得到明文。
发送方对发送的请求部分生成摘要,再使用持有的SM2公钥对所述摘要进行签名,使用所述发送方持有的SM2公钥生成所述签名,而使用所述发送方SM2公钥即可获取所述消息的摘要,因此所述消息签名无法被发送方以外的结点或角色伪造,而任意方都可以验证该签名的正确性。
优选地,步骤S2中为待写入区块链的成绩生成SM3摘要,使用SM3密码杂凑算法为所述成绩生成摘要,以确保提交内容的准确性。
优选地,步骤S4中主结点对验证签名不通过的,则丢弃该信息,验证签名正确后再对成绩和摘要进行验证,如所述摘要不是所述成绩的摘要,则要求重新发送消息。
优选地,步骤S5中主结点在对提交的消息和其中的成绩摘要进行验证后,将所有成绩和对应的SM3摘要打包为区块;主结点将打包好的区块广播给区块链网络中的所有从结点。
优选地,步骤S6中,从结点在收到主结点的消息后,对所述消息进行SM2签名验证,如验证不通过,则丢弃该消息;从结点在完成签名验证后对区块中的成绩和对应的SM3摘要进行验证,如所述SM3摘要不是所述成绩的SM3摘要,则要求主结点重新发送消息。
优选地,步骤S7中,区块链网络中每个从结点都各自维护一个考生成绩的数据库,以供学校师生查询使用;从结点在对区块中的成绩完成验证后向结点自身维护的数据库写入所述区块中的考生成绩。
优选地,还包括步骤S8:从结点在完成数据库更新后将区块写入区块链中,使得区块中的考生成绩永久有效且不能更改。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
(1)抛弃传统的中心服务器管理方法,使用区块链技术来保证成绩管理的不可篡改性;
(2)在通信和信息校验过程中使用各类国产密码算法,具有较强的安全性和较高的计算效率。
附图说明
图1为本发明中支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法流程示意图;。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例公开了一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,如图1,包括密钥管理和分发中心,所述密钥管理和分发中心负责向区块链中的所有结点和人员分发各自的SM2公钥和私钥,包括以下步骤:
S1:密钥管理和分发中心向区块链中的所有结点和人员分发各自的SM2公钥和私钥;
为了方便密钥的管理,学校应设立一个统一的密钥管理和分发中心为区块链网络中的主结点、从结点和工作人员计算出各自的公钥和私钥;
密钥管理和分发中心计算公钥和密钥的算法使用国密局发布的SM2椭圆曲线公钥密码算法以实现更好的性能和更高的安全性;
密钥管理和分发中心使用SM2椭圆曲线公钥密码算法中的密钥协商协议向区块链中的主结点、从结点、工作人员安全地分发公钥和私钥;
各方的公钥在消息传递过程中公开,用于验证消息的正确性。各方的私钥应对其他任何一方保密,用于生成消息签名;
S2:为待写入区块链的成绩生成SM3摘要,对所述的摘要进行签名;
为了保证写入区块链的成绩的完整性和正确性,工作人员在将所述成绩发送给主结点之前需要为之生成相应的摘要;
成绩摘要的生成算法使用国产的SM3密码杂凑算法,该算法与区块链系统中常用的SHA256哈希算法安全性和效率相当;
S3:向区块链主结点上传成绩和成绩的摘要;
在为所述成绩生成SM3摘要后,工作人员需要把成绩连同所述摘要一同上传给主结点;
工作人员在上传所述成绩和摘要时需要安全地与主结点进行通信。工作人员先使用主结点的SM2公钥对上传的内容进行加密生成密文,然后再对内容生成SM3摘要并使用自己的私钥进行签名;
S4:主结点收到上传的成绩和成绩的摘要后验证签名和成绩摘要的正确性;
主结点在收到来自工作人员的上传的内容后先使用主结点持有的密钥对密文部分进行解密得到明文,再使用所述工作人员的公钥对签名部分进行验签。若签名不正确,则丢弃该内容;
若内容的签名正确,则进一步验证其中的摘要是否为对应成绩的正确摘要,若摘要不正确,则要求工作人员重新上传。
S5:主结点将验证通过的成绩和对应的摘要打包为区块并附上主结点签名,再向所有从结点广播该区块;
主结点将验证完毕的成绩和对应的SM3摘要打包到区块中;
主结点使用每一个从结点的公钥为打包好的区块加密为密文,对区块生成SM3摘要并使用自身持有的私钥签名;
主结点向所有从结点广播各自对应的密文和签名;
S6:从结点收到区块后验证主结点签名和成绩摘要的正确性;
从结点在收到来自主结点的消息后使用自身持有的私钥对密文进行解密,再使用主结点的公钥对签名进行验证,若签名不正确,则丢弃该消息;若签名正确,则验证其中区块内的成绩摘要的是否为对应成绩的正确摘要,若摘要不正确,则要求主结点重新发送;
S7:从结点使用区块中的成绩更新各自维护的查询系统的数据库;
为了便于其他师生对成绩进行查询,每个从结点都需要各自维护一个保存全部考生成绩的数据库,并且数据库的数据来源只能是主结点的区块;
从结点为验证通过的区块中的成绩生成一份副本数据,将此副本数据放入本结点的数据库中;
S8:从结点在完成数据库更新后将区块写入区块链中,使得区块中的考生成绩永久有效且不能更改。
密钥管理和分发中心使用国密局发布的SM2椭圆曲线公钥密码算法为各方计算出各自的公钥私钥并安全分发所述公钥和私钥,其中,各方的公钥在消息传递过程中公开,用于验证消息的正确性,各方的私钥对其他任何一方保密,用于生成消息签名。
区块链中任意两个结点或人员进行通信时,需要建立起安全的通信链接,实现通信双方的双向身份认证;
相同或相似的标号对应相同或相似的部件;
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,包括密钥管理和分发中心,所述密钥管理和分发中心负责向区块链中的所有包括结点和人员分发各自的公钥和私钥,包括以下步骤:
S1:密钥管理和分发中心向区块链中的所有结点和人员分发各自的公钥和私钥;
S2:为待写入区块链的成绩生成消息摘要,对所述的消息摘要进行签名;
S3:向区块链主结点上传成绩和成绩的消息摘要;
S4:主结点收到上传的成绩和成绩的消息摘要后验证签名和成绩消息摘要的正确性;
S5:主结点将验证通过的成绩和对应的消息摘要打包为区块并附上主结点签名,再向所有从结点广播该区块;
S6:从结点收到区块后验证主结点签名和成绩消息摘要的正确性;
S7:从结点使用区块中的成绩更新各自维护的查询系统的数据库。
2.根据权利要求1所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,密钥管理和分发中心使用国密局发布的SM2椭圆曲线公钥密码算法为各方计算出各自的公钥私钥并安全分发所述公钥和私钥,其中,各方的公钥在消息传递过程中公开,用于验证消息的正确性,各方的私钥对其他任何一方保密,用于生成消息签名。
3.根据权利要求2所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,区块链中任意两个结点或人员进行通信时,需要建立起安全的通信链接,实现通信双方的双向身份认证;
在通信过程中,消息的发送方向接收方发送的消息包括消息的密文和消息的签名;
所述发送方对发送的消息先使用接收方持有的SM2公钥进行加密生成密文;
发送方对发送的请求部分生成摘要,再使用持有的SM2公钥对所述摘要进行签名,使用所述发送方持有的SM2公钥生成所述签名,而使用所述发送方SM2公钥即可获取所述消息的摘要。
4.根据权利要求3所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,步骤S2中为待写入区块链的成绩生成摘要,使用SM3密码杂凑算法为所述成绩生成SM3摘要。
5.根据权利要求4所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,步骤S4中主结点对验证签名不通过的,则丢弃该信息,验证签名正确后再对成绩和摘要进行验证,如所述摘要不是所述成绩的摘要,则要求重新发送消息。
6.根据权利要求4所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,步骤S5中主结点在对提交的消息和其中的成绩摘要进行验证后,将所有成绩和对应的SM3摘要打包为区块;主结点将打包好的区块广播给区块链网络中的所有从结点。
7.根据权利要求1所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,步骤S6中,从结点在收到主结点的消息后,对所述消息进行SM2签名验证,如验证不通过,则丢弃该消息;从结点在完成签名验证后对区块中的成绩和对应的SM3摘要进行验证,如所述SM3摘要不是所述成绩的SM3摘要,则要求主结点重新发送消息。
8.根据权利要求1所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,步骤S7中,区块链网络中每个从结点都各自维护一个考生成绩的数据库,以供学校师生查询使用;从结点在对区块中的成绩完成验证后向结点自身维护的数据库写入所述区块中的考生成绩。
9.根据权利要求1至8任一项所述的支持国密算法的教育区块链的成绩管理方法,其特征在于,还包括步骤S8:从结点在完成数据库更新后将区块写入区块链中,使得区块中的考生成绩永久有效且不能更改。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191025 |
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