CN110581768B - 一种基于区块链零知识证明的注册登录系统及应用 - Google Patents

一种基于区块链零知识证明的注册登录系统及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链零知识证明的注册登录系统及其在信息量最小化给出的注册方法、节点的代币编号颁发方法和登录状态隐藏的登录方法中的应用。所述注册登录系统包括代币颁发模块，账号地址生成模块，账号注册模块及账号申请登录模块。本发明将注册登录体系融入区块链中，基于区块链的匿名性，去中心化，不可篡改性等特点，并且加入零知识范围证明，对用户账号等个人信息进行了有效的保护，从而提高了用户的隐私安全，保护了用户的隐私信息。

Description

一种基于区块链零知识证明的注册登录系统及应用
技术领域
本发明涉及一种基于区块链零知识证明的注册登录系统及应用，属于网络信息安全技术领域。
背景技术
在现有的Web和手机App注册系统中，大多数都是基于手机号，邮箱或者关联账号来进行注册的，通过获得验证码来验证身份，获得登录权。但这种注册登录方式，是以收集用户个人信息为前提的，而用户的这些个人信息都是属于隐私范畴，用户不想被第三方收集，因为这会导致信息泄露，并且这些信息泄漏事件经常发生，对用户造成了巨大的困扰。现有的方案都是通过用户的手机号，邮箱或者关联账号(如微信)注册登录Web应用或者手机App，这虽然在过程中比较方便，但在安全上不是最好方案，容易导致用户的隐私信息泄漏，而且用户也不想将自己的隐私信息给出去。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前的Web或者手机App注册登录系统中以收集用户个人信息为前提，现有的注册登录方式存在过多收集用户信息并可能泄漏用户隐私的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于区块链零知识证明的注册登录系统，其特征在于，包括代币颁发模块，账号地址生成模块，账号注册模块及账号申请登录模块；
所述代币颁发模块的实现方式为：联盟链系统给加入该链的Web应用或手机App，即节点颁发属于它们的唯一代币编号coin[i]，其中，i∈[0,2m-1]，m为联盟链中的节点的个数；该代币的编号是确定的且唯一，使用该代币就表明用户要登录该节点；
所述账号地址生成模块的实现方式为：用户自己用密码算法生成一对公私密钥对(pk,sk)，其中pk对应的hash摘要作为自己在区块链网络中的地址，也即是本方案中的用户用来登录节点的账号，sk对应的hash摘要作为自己登录节点的密码；
所述账号注册模块的实现方式为：
步骤一：用户先用Hash函数对手机号n进行处理得到摘要H(n)；
步骤二：用户用sk对摘要签名得到σ＝sigsk(H(n))；
步骤三：用户用自己手机号所属运营商的公钥对该签名进行加密得到Epk(σ)；
步骤四：用户将其广播到区块链网络中，相当于发布一个交易；
步骤五：当区块链网络中的运营商检测到有自己公钥加密的交易时，对其验证；
步骤六：运营商根据交易中的手机号来判断该用户的合法身份，一旦通过就将自己的私钥sk对该用户的账号进行签名并发布到区块链网络中，用来表明该账号的合法性，且有效可追溯的；
步骤七：处于区块链中的所有节点会对该签名进行验证，诚实的节点会接受该账号，一旦超过三分之二的节点接受该账号，该账号就会被写入区块链系统账本中，进行永久性保存，且不可更改；
所述账号申请登录模块的实现方式为：
用户申请登录交易，当用户申请登录微信时，假设微信的代币编号为coin[i]；
步骤1)：用户用Pedersen承诺对该币进行承诺，得到Com(coin[i],r)；
步骤2)：用户对该承诺产生一个零知识范围证明π，该证明可以不泄漏任何有关代币编号的前提下证明该代币编号的范围且有效；
步骤3)：用户对Com(coin[i],r)和π一起签名并发布到区块链网络中；
步骤4)：区块链网络中的节点对该承诺和零知识证明进行验证，验证承诺中的代币编号范围是否在[0,2m-1]中，验证通过就接受该登录申请交易，写入区块中，不通过就拒绝；
上述各参数如下：
pk：用户自己生成的公钥，对应的hash摘要作为自己的账号；
sk：用户自己生成的私钥，对应的hash摘要作为自己密码；
coin[i]：代币编号；
n：手机号；
sig：签名函数；
Hash：哈希函数；
Epk：加密函数；
Com：承诺函数；
r：随机数；
π：零知识证明。
本发明还提供了一种信息量最小化给出的注册方法，其特征在于，利用上述基于区块链零知识证明的注册登录系统，处于联盟链中的Web应用或手机App包括三大运营商，即节点共同组成区块链，用户在注册的过程中，只将自己的手机号Hash处理，然后签名，最后用手机号所属的运营商公钥加密处理后发布到区块链网络中，进行账号的注册。这种方式中，用户的个人信息，即手机号只有属于它的运营商才能看到，其余的节点是不知道的，运营商验证手机号的合法性后用自己的私钥对该用户的帐号进行签名，其余的节点只验证该账号的合法性。
本发明还提供了一种节点的代币编号颁发方法，其特征在于，利用上述基于区块链零知识证明的注册登录系统，在联盟链中，该系统给加入的节点颁发唯一的一个代币编号coin[i]，其中，i∈[0,2m-1]，m为节点的个数，该代币就代表了该节点的身份，用户在想要登录的节点所在的区块链中发布该节点的代币交易即可。
本发明还提供了一种登录状态隐藏的登录方法，其特征在于，利用上述基于区块链零知识证明的注册登录系统，用户账号注册成功后，对需要登录的节点申请登录，在这个过程中，用户用Pedersen承诺对需要登录的节点代币编号进行承诺，然后对该代币的编号产生一个零知识范围证明，该证明可以证明用户发布的代币交易的编号是属于[0,2m-1]，但没有泄漏出是哪一个编号，这样链中的节点是不知道该用户登录的是哪个节点，提高了机密性。
本发明将注册登录体系融入区块链中，基于区块链的匿名性，去中心化，不可篡改性等特点，并且加入零知识范围证明，对用户账号等个人信息进行了有效的保护。
本发明通过区块链技术，将注册登录系统放在区块链上进行，并且运用零知识证明将用户的登录状态隐藏，从而提高了用户的隐私安全，保护了用户的隐私信息，用户的个人信息没有给出去，掌握在自己的手上，在网络Web应用和手机App注册登录系统中有重要的价值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)实现用户的匿名，降低身份与账号的关联性；
(2)实现个人信息与账号绑定的脱离；
(3)实现了用户的登录状态隐藏；
(4)实现了用户一个账号可以登录处于联盟链中的所有的节点；
(5)实现了用户只需一次注册，永久登录。
附图说明
图1为用户注册账号的流程图；
图2为用户申请登录节点的流程图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
一种基于区块链零知识证明的注册登录系统，其包括代币颁发模块，账号地址生成模块，账号注册模块及账号申请登录模块；
所述代币颁发模块的实现方式为：联盟链系统给加入该链的Web应用或手机App，即节点颁发属于它们的唯一代币编号coin[i]，其中，i∈[0,2m-1]，m为联盟链中的节点的个数；该代币的编号是确定的且唯一，使用该代币就表明用户要登录该节点；
所述账号地址生成模块的实现方式为：用户自己用密码算法生成一对公私密钥对(pk,sk)，其中pk对应的hash摘要作为自己在区块链网络中的地址，也即是本方案中的用户用来登录节点的账号，sk对应的hash摘要作为自己登录节点的密码；
所述账号注册模块的实现方式为：
步骤一：用户先用Hash函数对手机号n进行处理得到摘要H(n)；
步骤二：用户用sk对摘要签名得到σ＝sigsk(H(n))；
步骤三：用户用自己手机号所属运营商的公钥对该签名进行加密得到Epk(σ)；
步骤四：用户将其广播到区块链网络中，相当于发布一个交易；
步骤五：当区块链网络中的运营商检测到有自己公钥加密的交易时，对其验证；
步骤六：运营商根据交易中的手机号来判断该用户的合法身份，一旦通过就将自己的私钥sk对该用户的账号进行签名并发布到区块链网络中，用来表明该账号的合法性，且有效可追溯的；
步骤七：处于区块链中的所有节点会对该签名进行验证，诚实的节点会接受该账号，一旦超过三分之二的节点接受该账号，该账号就会被写入区块链系统账本中，进行永久性保存，且不可更改；
所述账号申请登录模块的实现方式为：
用户申请登录交易。以用户申请登录微信为例，假设微信的代币编号为coin[7]；
步骤1)：用户用Pedersen承诺对该币进行承诺，得到Com(coin[7],r)；
步骤2)：用户对该承诺产生一个零知识范围证明π，该证明可以不泄漏任何有关代币编号的前提下证明该代币编号的范围且有效；
步骤3)：用户对Com(coin[7],r)和π一起签名并发布到区块链网络中；
步骤4)：区块链网络中的节点对该承诺和零知识证明进行验证，验证承诺中的代币编号范围是否在[0,2m-1]中，验证通过就接受该登录申请交易，写入区块中，不通过就拒绝；
上述各参数如下：
pk：用户自己生成的公钥，对应的hash摘要作为自己的账号；
sk：用户自己生成的私钥，对应的hash摘要作为自己密码；
coin[i]：代币编号；
n：手机号；
sig：签名函数；
Hash：哈希函数；
Epk：加密函数；
Com：承诺函数；
r：随机数；
π：零知识证明。
一种信息量最小化给出的注册方法：处于联盟链中的Web应用或手机App包括三大运营商，即节点共同组成区块链，用户在注册的过程中，只将自己的手机号Hash处理，然后签名，最后用手机号所属的运营商公钥加密处理后发布到区块链网络中，进行账号的注册。
一种节点的代币编号颁发方法：在联盟链中，该系统给加入的节点颁发唯一的一个代币编号coin[i]，其中，i∈[0，2m-1]，m为节点的个数，该代币就代表了该节点的身份，用户在想要登录的节点所在的区块链中发布该节点的代币交易即可。
一种登录状态隐藏的登录方法：用户账号注册成功后，对需要登录的节点申请登录，在这个过程中，用户用Pedersen承诺对需要登录的节点代币编号进行承诺，然后对该代币的编号产生一个零知识范围证明。
如图1所示，用户先用Hash函数对手机号n进行处理，然后用自己的私钥对其签名，然后用手机号所属运营商公钥加密处理，发布到区块链网络中去，处于区块链网络中的运营商检测到有自己公钥加密的交易时，对其进行验证，一旦验证手机号合法后，用自己的私钥对该用户的账号地址签名，再次发布到网络中去，处于区块链网络中的其它节点对其进行验证，验证通过，就表明该账号注册成功。
如图2所示，用户在注册成功后，申请要登录的节点，就将该节点的代币发布到区块链网络中，先对该代币进行Pedersen承诺，然后对其产生一个零知识范围证明，证明该代币处于某一个范围，该范围为[0,2m-1]，但不泄漏任何有关该代币编号的信息，链中的所有节点验证该零知识证明，通过就表明用户申请登录成功。

Claims (4)

1.一种基于区块链零知识证明的注册登录系统，其特征在于，包括代币颁发模块，账号地址生成模块，账号注册模块及账号申请登录模块；
所述代币颁发模块的实现方式为：联盟链系统给加入该链的Web应用或手机App，即节点颁发属于它们的唯一代币编号coin[i]，其中，i∈[0,2m-1]，m为联盟链中的节点的个数；该代币的编号是确定的且唯一，使用该代币就表明用户要登录该节点；
所述账号地址生成模块的实现方式为：用户自己用密码算法生成一对公私密钥对(pk,sk)，其中pk对应的hash摘要作为自己在区块链网络中的地址，也即是所述用户用来登录节点的账号，sk对应的hash摘要作为自己登录节点的密码；所述账号注册模块的实现方式为：
步骤一：用户先用Hash函数对手机号n进行处理得到摘要H(n)；
步骤二：用户用sk对摘要签名得到σ＝sigsk(H(n))；
步骤三：用户用自己手机号所属运营商的公钥对该签名进行加密得到Epk(σ)；
步骤四：用户将其广播到区块链网络中，相当于发布一个交易；
步骤五：当区块链网络中的运营商检测到有自己公钥加密的交易时，对其验证；
步骤六：运营商根据交易中的手机号来判断该用户的合法身份，一旦通过就将自己的私钥sk对该用户的账号进行签名并发布到区块链网络中，用来表明该账号的合法性，且有效可追溯的；
步骤七：处于区块链中的所有节点会对该签名进行验证，诚实的节点会接受该账号，一旦超过三分之二的节点接受该账号，该账号就会被写入区块链系统账本中，进行永久性保存，且不可更改；
所述账号申请登录模块的实现方式为：
用户申请登录交易，当用户申请登录微信时，假设微信的代币编号为coin[i]；
步骤1)：用户用Pedersen承诺对该币进行承诺，得到Com(coin[i],r)；
步骤2)：用户对该承诺产生一个零知识范围证明π，该证明可以不泄漏任何有关代币编号的前提下证明该代币编号的范围且有效；
步骤3)：用户对Com(coin[i],r)和π一起签名并发布到区块链网络中；
步骤4)：区块链网络中的节点对该承诺和零知识证明进行验证，验证承诺中的代币编号范围是否在[0,2m-1]中，验证通过就接受该申请登录交易，写入区块中，不通过就拒绝；
上述各参数如下：
pk：用户自己生成的公钥，对应的hash摘要作为自己的账号；
sk：用户自己生成的私钥，对应的hash摘要作为自己密码；
coin[i]：代币编号；
n：手机号；
sig：签名函数；
Hash：哈希函数；
Epk：加密函数；
Com：承诺函数；
r：随机数；
π：零知识证明。
2.一种信息量最小化给出的注册方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于区块链零知识证明的注册登录系统，处于联盟链中的Web应用或手机App为节点，所述节点共同组成区块链，用户在注册的过程中，只将自己的手机号Hash处理，然后签名，最后用手机号所属的运营商公钥加密处理后发布到区块链网络中，进行账号的注册。
3.一种节点的代币编号颁发方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于区块链零知识证明的注册登录系统，在联盟链中，该系统给加入的节点颁发唯一的一个代币编号coin[i]，其中，i∈[0,2m-1]，m为节点的个数，该代币就代表了该节点的身份，用户在想要登录的节点所在的区块链中发布该节点的代币交易即可。
4.一种登录状态隐藏的登录方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于区块链零知识证明的注册登录系统，用户账号注册成功后，对需要登录的节点申请登录，在这个过程中，用户用Pedersen承诺对需要登录的节点代币编号进行承诺，然后对该代币的编号产生一个零知识范围证明。
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