CN110555320A - 一种基于区块链存证智能合约的形式验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链存证智能合约的形式验证方法，该方法包括编写存证智能合约、添加合约形式规范并进行合约模型验证。该方法为区块链智能合约开发者提供了编写存证智能合约的流程和形式验证方法，为区块链搭载智能合约开发存证项目提供了安全方面的参考。本方法通过形式验证的方法，在存证智能合约方法体前部定义形式规范，转化为定理证明器能够识别的数学模型，利用数学推演得出形式验证结果，提高了存证智能合约的安全性和可靠性，降低了传统合约测试的测试成本，逻辑覆盖面广。本方法具有编写存证智能合约的通用性，提供了最基本的存证合约模型及其形式验证方法，为存证合约的扩展和优化提供了相关参考，具有很好的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及形式验证和智能合约安全的技术领域，具体涉及一种基于区块链存证智能合约的形式验证方法。
背景技术
区块链是一种基于数据加密、时间戳、分布式共识机制实现去中心化的分布式数据管理技术，具有可追溯、不可篡改、高可用的特点。智能合约作为一套以数字形式定义的承诺，承诺控制着数字资产并包含了合约参与者约定的权利和义务，由计算机系统自动执行。区块链技术的出现为智能合约提供了一套能够支持可编程的数字系统。形式验证是目前智能合约安全审计方案中行之有效的方法，其通过数学逻辑将功能描述与实际代码进行比较，从而检查代码是否符合预期结果。存证智能合约作为常见的合约应用领域，通过形式验证审计其安全性是存证结果真实可信、可追溯的前提。但是目前智能合约开发社区并没有针对存证业务相应的安全规范，使得开发存证智能合约容易出现安全漏洞，需要一套针对存证智能合约的开发流程规范以及基于形式验证的存证智能合约模板，为存证智能合约的设计和开发提供安全方面的重要参考。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于区块链存证智能合约的形式验证方法，该方法可提高存证智能合约的可靠性、稳定性和安全性。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于区块链存证智能合约的形式验证方法，所述方法具体包括以下步骤：
(1)编写存证智能合约，根据不同生产环境和权限进行存证、取证、存取证权限授予。
(2)添加合约形式规范：将步骤(1)所述存证智能合约添加用于规范描述智能合约函数的异常、传入参数、传出参数、持久化变量的状态转移、不变量的形式验证的规范语句。
(3)合约模型验证：对添加形式验证规范后的智能合约进行模型验证并得出验证结果，若符合所述形式验证规范则形式验证通过，若不符合所述形式验证规范则定位所述形式验证不满足的语句位置以及具体的存证证智能合约位置。
进一步地，步骤(1)所述存证智能合约满足以下条件：
(a)存证人、取证人、管理员的数据结构：利用映射类型的持久化变量来记录存证、取证人的身份信息，利用数组类型的持久化变量来记录管理员的身份信息；
(b)存储存证信息的数据结构：利用多组映射类型的持久化变量来记录符合多种存证模式下的存证信息；
(c)权限控制：利用修饰器对涉及所述存证、取证、存取证权限授予的方法进行权限控制。
进一步地，步骤(2)所述合约形式规范的添加包括：
(a)合约方法添加异常捕捉规范，包括：存证场景下规范要求发生异常的充分必要条件是存证人没有存证资格且存证数据无效；取证场景下规范要求发生异常的充分必要条件是取证人没有取证资格且取证令牌不存在；在发生异常的情况下，所有所述持久化变量不能被改变。
(b)合约方法传入、传出参数的形式校验，规范要求对函数传入的参数进行格式校验，对函数传出的参数进行期望校验；
(c)合约方法对持久化数据状态转移的规范说明，规范要求在各种类型的存证方法中，明确存证的映射类型持久化变量得到存证数据的追加；在取证方法中，明确所有的持久化变量不被改变；在存取证权限授予方法中，明确存取证人信息表数据的改变。
进一步地，步骤(3)所述合约模型验证是利用定理证明器对编写所述形式规范的智能合约进行定理证明，并给出形式验证的结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明是基于区块链存证智能合约的形式验证方法，为区块链智能合约开发者提供了编写存证智能合约的流程和形式验证方法，为区块链搭载智能合约开发存证项目提供了安全方面的参考。本方法通过形式验证的方法，在存证智能合约方法体前部定义形式规范，转化为定理证明器能够识别的数学模型，利用数学推演得出形式验证结果，提高了存证智能合约的安全性和可靠性，降低了传统合约测试的测试成本，逻辑覆盖面广。本方法具有编写存证智能合约的通用性，提供了最基本的存证合约模型及其形式验证方法，为存证合约的扩展和优化提供了相关参考，具有很好的适用性。
附图说明
图1是本发明的基于区块链存证智能合约形式验证的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的基于区块链存证智能合约的形式验证方法作进一步说明。
如图1所示，为本发明的基于区块链存证智能合约形式验证的流程如下：
(1)编写存证智能合约：根据特定生产环境和权限进行存证、取证、存取证权限授予，需要规范合约方法的访问权限，可以通过在方法头部添加修饰器的方式限定方法的访问权限。限定函数调用者的身份，可以提高系统整体的安全性和可靠性。存证功能是面向具有存证权限的用户，用户可以根据存证类型选择对应的存证函数，将存证数据持久化至区块链节点上，存证数据不可篡改且可追溯，管理员授予存证者存证权限模块，存证者得到管理员的存证允许后才可以进行存证操作，形式规范应描述，管理员应是管理员持久化数据中的一员，存证人信息将被记录到存证人信息的持久化数据中，其他持久化变量均不发生改变。取证函数是面向具有取证权限的用户，用户可以持有取证令牌进行取证，取证函数返回取证结果，管理员授予取证者取证权限模块，取证者得到管理员的取证允许后才可以进行取证操作，形式规范应描述，管理员应是管理员持久化数据中的一员，取证人信息将被记录到取证人信息的持久化数据中，其他持久化变量均不发生改变。存取证权限授予是面向最高权限的管理员，管理员可以对存证、取证的人员进行权限管理。
所述存证智能合约满足以下条件：
(a)存证人、取证人、管理员的数据结构：利用映射类型的持久化变量来记录存证、取证人的身份信息，利用数组类型的持久化变量来记录管理员的身份信息；
(b)存储存证信息的数据结构：利用多组映射类型的持久化变量来记录符合多种存证模式下的存证信息；
(c)权限控制：编码生成持久化变量和合约方法，需要为合约方法添加形式规范，利用修饰器对涉及所述存证、取证、存取证权限授予的方法进行权限控制。
(2)添加合约形式规范：将步骤(1)所述存证智能合约添加用于规范描述智能合约函数的异常、传入参数、传出参数、持久化变量的状态转移、不变量的形式验证的规范语句。所述形式规范语句必须能够清晰、无歧义地描述方法的期望运作流程，保证形式验证结果的正确性。
所述合约形式规范的添加包括：
(a)合约方法添加异常捕捉规范，包括：存证场景下规范要求发生异常的充分必要条件是存证人没有存证资格且存证数据无效；取证场景下规范要求发生异常的充分必要条件是取证人没有取证资格且取证令牌不存在；在发生异常的情况下，所有所述持久化变量不能被改变。
(b)合约方法传入、传出参数的形式校验，规范要求对函数传入的参数进行格式校验，对函数传出的参数进行期望校验；
(c)合约方法对持久化数据状态转移的规范说明，规范要求在各种类型的存证方法中，明确存证的映射类型持久化变量得到了存证数据的追加；在取证方法中，明确所有的持久化变量不被改变；在存取证权限授予方法中，明确存取证人信息表数据的改变。
(3)合约模型验证：对添加形式验证规范后的智能合约模型验证是指利用定理证明器对编写所述形式规范的智能合约进行定理证明，并得出验证结果，若符合所述形式规范则形式验证通过，若不符合所述形式规范则定位所述形式验证不满足的语句位置以及具体的合约代码位置。
对于存证者存证模块，存证者选择合适的存证模式进行区块链存证，需要满足以下条件才能存证成功：形式规范应描述，存证者具有存证的资格，否则抛出异常，形式验证不通过；存证的数据是该存证模式下的有效参数，否则抛出异常，形式验证不通过；在特定存证模式下的存证结果持久化变量是可用的，否则抛出异常，形式验证不通过；存证成功后函数返回取证令牌符合的格式要求，否则形式验证不通过；存证过程中，存证结果将被记录到存证结果的持久化变量中，其他持久化变量均不发生改变。
对于取证者取证模块，取证者进行区块链取证，需要满足以下条件才能取证成功：形式规范应描述，取证者具有取证的资格，否则抛出异常，形式验证不通过；取证者令牌格式符合格式要求，否则抛出异常，形式验证不通过；取证令牌存在于存证的持久化变量中，否则抛出异常，形式验证不通过；取证的结果是对应取证令牌的存证结果，否则形式验证不通过；取证过程中，所有的持久化变量都不发生改变。
Claims (4)
1.一种基于区块链存证智能合约的形式验证方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(1)编写存证智能合约，根据不同生产环境和权限进行存证、取证、存取证权限授予。
(2)添加合约形式规范：将步骤(1)所述存证智能合约添加用于规范描述智能合约函数的异常、传入参数、传出参数、持久化变量的状态转移、不变量的形式验证的规范语句。
(3)合约模型验证：对添加形式验证规范后的智能合约进行模型验证并得出验证结果，若符合所述形式验证规范则形式验证通过，若不符合所述形式验证规范则定位所述形式验证不满足的语句位置以及具体的存证证智能合约位置。
2.根据权利要求1所述形式验证方法，其特征在于，步骤(1)所述存证智能合约满足以下条件：
(a)存证人、取证人、管理员的数据结构：利用映射类型的持久化变量来记录存证、取证人的身份信息，利用数组类型的持久化变量来记录管理员的身份信息；
(b)存储存证信息的数据结构：利用多组映射类型的持久化变量来记录符合多种存证模式下的存证信息；
(c)权限控制：利用修饰器对涉及所述存证、取证、存取证权限授予的方法进行权限控制。
3.根据权利要求1所述形式验证方法，其特征在于，步骤(2)所述合约形式规范的添加包括：
(a)合约方法添加异常捕捉规范，包括：存证场景下规范要求发生异常的充分必要条件是存证人没有存证资格且存证数据无效；取证场景下规范要求发生异常的充分必要条件是取证人没有取证资格且取证令牌不存在；在发生异常的情况下，所有所述持久化变量不能被改变。
(b)合约方法传入、传出参数的形式校验，规范要求对函数传入的参数进行格式校验，对函数传出的参数进行期望校验；
(c)合约方法对持久化数据状态转移的规范说明，规范要求在各种类型的存证方法中，明确存证的映射类型持久化变量得到存证数据的追加；在取证方法中，明确所有的持久化变量不被改变；在存取证权限授予方法中，明确存取证人信息表数据的改变。
4.根据权利要求1所述形式验证方法，其特征在于，步骤(3)所述合约模型验证是利用定理证明器对编写所述形式规范的智能合约进行定理证明，并给出形式验证的结果。
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