CN110619521A - 基于区块链的匿名调子调查系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于区块链技术领域，具体为基于区块链的匿名电子调查系统。本发明系统由签名机构、用户、智能合约G三部分组成；签名机构用于判断用户是否合法，为合法用户发来的消息生成盲签名；用户是系统的参与主体；每个用户至少有两个以太坊地址；智能合约G部署在以太坊上，包括如下合约函数：发起调查函数，签名函数，提交调查函数，终止调查函数；系统工作流程为：初始化、发起调查、签名和验证、提交调查、公布结果。本发明将区块链技术应用到电子调查系统中，利用区块链和盲签名的特性，保证参与调查人信息的匿名，调查信息不可篡改、公开透明，实现调查系统的安全、公开、公正，从而提供安全、高度可信、更加适应社会发展需求的电子调查系统。

Description

基于区块链的匿名调子调查系统
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及基于以太坊的匿名电子调查系统。
背景技术
涉及的一些基本概念，说明如下：
数字签名，是指在数据上附加的一些额外信息，或者是对数据所做的密码变换。这种信息或变换可以使数据的接收者确认数据的来源和完整性，并且保护数据，防止被他人伪造。数字签名建立在公钥加密和单向散列函数的组合之上。数字签名的特点是签名只能通过签名者的私钥产生，即一个签名者的签名只能唯一地由他自己产生。当接发双方产生争议时，第三方(仲裁机构)就能够根据消息上的数字签名来判定该消息是否由发送者发出，从而实现了数据的不可否认性。一个数字签名方案包括应包括以下三个多项式时间算法:
(1)密钥生成算法：输入安全参数，算法生成签名者的公钥与私钥，即签名密钥对(pk，sk)；
(2)签名算法：给定消息和公私钥对，生成签名；
(3)验证算法：给定消息、签名与公钥，验证签名是否是消息对应于公钥的有效签名。如果签名是有效的，则接受；否则拒绝。
盲签名，允许消息者先将消息盲化，而后让签名者对盲化的消息进行签名，最后消息拥有者对签名除去盲因子，得到签名者关于原消息的签名。盲签名就是消息者在不让签名者获取所签署消息具体内容的情况下所采取的一种特殊的数字签名技术。假定A用户想要把消息M发送给B进行盲签名，其中e是B的公钥，d是B的私钥，n是公共模数。具体的盲签名步骤如下：
(1)A对消息M进行盲化处理：他随机选择盲化因子k，并计算：
T＝M(k)emod n；
(2)A把盲消息T发给B；
(3)B对盲消息T进行签名：T’＝(T)dmod n；
(4)B把他对T的签名发还给A；
(5)A通过计算得到B对M的签名(去盲)：S＝(T’/k)mod n＝Md mod n。
盲化因子的引入能够很好的保护签名人的数据信息不被他人知晓，将盲签应用在电子调查系统中，可以有效的实现匿名性。
以太坊(Ethereum)，是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，通过其专用加密货币提供去中心化的以太虚拟机来处理点对点合约。以太坊是一个平台，它上面提供各种模块让用户来搭建应用，即智能合约，这是以太坊的核心。智能合约就像是一个活在以太坊系统里的自动代理人，他有一个自己的区块链地址，当用户向合约的地址里发送一笔交易后，该合约就被激活，然后根据交易中的额外信息，合约会运行自身的代码，最后返回一个结果，这个结果可能是从合约的地址发出另外一笔交易。需要指出的是，以太坊中的交易可以嵌入相当多的额外信息。如果一笔交易是发送给合约的，那么这些信息就非常重要，因为合约将根据这些信息来完成自身的业务逻辑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够保证个人信息匿名性，调查信息不可篡改性、公开透明性的匿名电子调查系统。
本发明提供的匿名电子调查系统，是基于区块链和盲签名技术的，可以保证个人信息的匿名性，调查信息的不可篡改性、公开透明性。它由签名机构、用户、智能合约G三个模块组成，参见图1，其中：
签名机构：用于判断用户是否合法，为合法用户发来的消息生成盲签名，是保证匿名性的重要模块。
用户：每个用户拥有唯一身份ID(比如身份证号)，可以发起调查，也可以参与某项调查，是系统的参与主体。每个用户至少有两个以太坊地址，一个地址公开，记为UA，此地址用于完成盲签名，其公私钥对pkuA和skuA，可以用于对消息进行签名；另外一个地址是自己填写调查所用的匿名地址UB。
智能合约G：部署在以太坊上，包括一系列与系统运行相关的合约函数，每个合约函数的参数和具体功能如下：
发起调查函数：调用参数为调查主题、调查起始时间点、可以参与该项调查的合法用户群体D。调用该函数可以记录该调查并返回一个唯一的调查项目编号I。
签名函数：用户使用以太坊地址为UA的账户，调用该函数需用户先随机选取盲化因子，对账户地址UB进行加盲处理，得到盲消息M，再使用私钥skuA对(ID，M,I)签名得到PID，使用签名机构的公钥对(ID，M,I)加密得到密文S，将(PID，S)作为参数。其主要功能为：请求签名机构使用其私钥，将S解密得到明文(ID，M,I)，再使用用户ID对应的公钥验证PID确实是用户ID发来的消息。然后验证用户ID是否在调查项目I的合法用户群体D中。然后判断该用户ID是否是第一次在调查项目I中申请签名，如果不是，拒绝签名，否则请求签名机构用私钥skuA对盲消息M进行签名，并将签名返回。用户拿到签名后，对签名进行去盲处理，得到签名机构对以太坊账户地址UB的签名UB’，这样就使用户填写调查使用的以太坊地址UB和用户身份ID分离，保证了匿名性。
提交调查函数：用户使用以太坊地址为UB的账户，调用参数为签名UB’、调查项目编号I和填写的调查内容B。其主要的功能为：首先判断签名UB’是否是合法签名，如果是，则将内容B作为调查项目I的一份调查数据。
终止调查函数：调用参数为签名UB’、调查项目编号I。其主要功能为：首先判断终止条件(所有的被调查者用户都已经提交其调查内容或己经到达调查的截止日期)，如果满足终止条件，就初步整合该项目所有调查结果。若一个以太坊账户地址对该调查项目进行了多次提交调查，只考虑最新的调查数据。当终止调查函数被成功调用一次后，再次被调用，就只返回该项目的最终调查结果即可。
其中，签名函数是用户身份合法性和匿名性的保证，调查涉及到的主要流程，都通过调用以太坊上部署的智能合约来完成。所以整个流程是公开透明的，每个人都可以看到调查和他人填写的调查内容，但是并不会得知被调查人的身份，从而可以检验整个调查的正确性和合法性。
本发明系统的工作过程可以分为以下几个阶段(参见图2)：
(1)初始化
由系统为“签名机构”生成公私钥对，用于加密和签名，将公钥pkRA公开，私钥skRA秘密保存；在以太坊上部署此智能合约，建立合约账户，记为G；
(2)发起调查
每个用户都可以发起调查。用户Alice使用自己的以太坊账户，向合约账户G发起交易，调用其中的发起调查函数，指定调查主题，发起一个调查I；
(3)签名和验证
调查I中规定的合法用户Bob，对自己的以太坊地址B2进行加盲处理，使用地址为B1的账户调用签名函数。Bob拿到签名后，对签名进行去盲处理，得到签名机构对Bob以太坊账户地址B2的签名B2’；
(4)提交调查
Bob使用以太坊地址为B2的账户，将填写的调查内容、签名B2’、调查项目编号I作为参数调用合约G的提交调查函数；
(5)公布结果
当截止时间过后，或者所有合法用户都已经填写了调查，Bob(或者任一合法用户)使用签名B2’、调查项目编号I作为参数调用终止调查函数，此时调查项目I结束整个调查过程。若不满足条件，则调用该函数不会有任何操作。调查项目I结束后，Alice可以使用多种方法对调查结果进行分析、并公布分析结果。
本发明将区块链技术应用到电子调查系统中，利用区块链和盲签名的特性，来保证参与调查人信息的匿名，调查信息不可篡改、公开透明，从而实现调查系统的安全、公开、公正，从而提供安全、高度可信、更加适应社会发展需求的电子调查系统。
附图说明
图1为系统主要组成图示。
图2为系统工作流程的五个阶段图示。
图3为模拟系统架构图示。
具体实施方式
整个匿名电子调查系统的架构可以按如下四个部分实现：客户端应用层，业务层(后端)，智能合约，区块链底层。其中，区块链底层即为以太坊平台；智能合约用来操作核心业务，使底层区块链交易信息的状态发生变化，可以按照上述功能和参数要求使用Solidity语言编写；业务层用来处理非核心业务逻辑，以及接入以太坊，并借助智能合约处理核心业务逻辑(凡须接入以太坊才可完成的操作定义为核心业务逻辑)；客户端应用层负责与用户的交互，可以涵盖发起一个调查以及参与一个调查的整个业务流程。
应用层客户端交互中，除加盲处理和提交调查外，都需登录才能操作，这样将用户ID和其公开的以太坊地址UA相联系起来。用户登录后，可通过该客户端实现的操作为：①查看和维护账号基本信息，②新建调查项目并指定合法用户群体，③对加盲后的匿名地址UB、身份ID和调查项目编号I预处理生成调用合约所需的参数，④申请盲签名，⑤请求终止某项调查，⑥查看某项调查的结果。而加盲处理和提交调查功能，需要使用匿名地址UB，所以最好不进行登录即可进行，加盲处理可直接在前端完成，这样避免了将UB和UA及ID联系起来；或者客户端不提供加盲处理功能和提交调查功能，用户自行采用其他方式加盲并直接使用以太坊平台提交调查。
业务层中，非核心业务逻辑包括对上述客户端可实现的操作①③⑥的处理；对客户端操作②④⑤以及提交调查功能的处理都属于核心业务逻辑，需要接入以太坊利用智能合约来处理。系统中的普通数据(如用户名.密码等)直接存入业务层数据库，而区块链数据(调查记录、转账交易)存入区块链。当需要与区块链数据进行交互时，系统可以为用户提供分布式的架构，所有用户都可通过web前端以及调用底层区块链接口或者智能合约中的方法，实现数据在区块链中的有效存取；或者系统也可以将已完成调查的相关数据从区块链数据库中提前提取出来，相关人员给出研究和分析结果，再存入业务层数据库，这样用户获取调查结果可以直接访问业务层数据库(此时就属于非核心业务逻辑)，不必再访问区块链数据，提高了效率。
智能合约中，使用Solidity语言编写代码即可。签名函数部分相对比较复杂，可以再细分为几个函数共同完成此部分功能；而终止调查函数的判断终止条件的逻辑可转移到业务层中处理，便于提高效率。
盲签名方案的具体实施方式如下：可以使用RSA盲签名算法，基于RSA的盲签名方案是目前盲签名方案中性能最好的一个；系统初始化阶段，为签名机构(可以为系统开发人员或者运营人员)生成签名密钥GenRSA(1λ)→(pkRA，skRA)；签名和验证阶段，加盲处理可以使用安全随机数如Java提供的java.security.SecureRandom类来生成所需的盲化因子，得到盲消息，进一步处理后，即可通过业务层核心业务逻辑调用相应合约函数，进而根据上述盲签名原理得到盲签名。为了避免恶意用户大量生成区块链地址用于响应调查，需要采用盲签名验证的方式来限制用户，即一个用户对于一次调查只可以获得一次盲签名，若用户在调查项目I中己经被盲签名过，需要将用户的ID记录在项目I签名信息表中(可以存放在业务层数据库)。

Claims (2)

1.一种基于区块链的匿名电子调查系统，其特征在于，由签名机构、用户、智能合约G三个部分组成，其中：
签名机构：用于判断用户是否合法，为合法用户发来的消息生成盲签名；
用户：每个用户拥有唯一身份ID，用户可以发起调查，也可以参与某项调查，是系统的参与主体；每个用户至少有两个以太坊地址；其中，一个地址公开，记为UA，此地址用于完成盲签名，其公私钥对pkUA和skUA，用于对消息进行签名；另外一个地址是自己填写调查所用的匿名地址，记为UB；
智能合约G：部署在以太坊上，包括一系列与系统运行相关的合约函数，每个合约函数的参数和具体功能如下：
发起调查函数：调用参数为调查主题、调查起始时间点、可以参与该项调查的合法用户群体D；调用该函数可以记录该调查并返回一个唯一的调查项目编号I；
签名函数：用户使用以太坊地址为UA的账户，调用该函数时，用户先随机选取盲化因子，对账户地址UB进行加盲处理，得到盲消息M，再使用私钥skUA对（ID，M,I）签名得到PID，使用签名机构的公钥对（ID，M,I）加密得到密文S，将（PID，S）作为参数；其主要功能为：请求签名机构使用其私钥，将S解密得到明文（ID，M,I），再使用用户ID对应的公钥验证PID确实是用户ID发来的消息；然后验证用户ID是否在调查项目I的合法用户群体D中；然后判断该用户ID是否是第一次在调查项目I中申请签名，如果不是，拒绝签名，否则请求签名机构用私钥skUA对盲消息M进行签名，并将签名返回；用户拿到签名后，对签名进行去盲处理，得到签名机构对以太坊账户地址UB的签名UB’，这样就使用户填写调查使用的以太坊地址UB和用户身份ID分离，保证匿名性；
提交调查函数：用户使用以太坊地址为UB的账户，调用参数为签名UB’、调查项目编号I和填写的调查内容B；其主要的功能为：首先判断签名UB’是否是合法签名，如果是，则将内容B作为调查项目I的一份调查数据；
终止调查函数：调用参数为签名UB’、调查项目编号I；其主要功能为：首先判断终止条件，包括所有的被调查者用户都已经提交其调查内容或己经到达调查的截止日期，如果满足终止条件，就初步整合该项目所有调查结果；若一个以太坊账户地址对该调查项目进行了多次提交调查，只考虑最新的调查数据；当终止调查函数被成功调用一次后，再次被调用，就只返回该项目的最终调查结果。
2. 根据权利要求1所述的基于区块链的匿名电子调查系统，其特征在于，系统的工作流程如下：
（1）初始化
由系统为“签名机构”生成公私钥对，用于加密和签名，将公钥公开pkRA，私钥skRA秘密保存；在以太坊上部署此智能合约，建立合约账户，记为G；
（2）发起调查
由用户发起调查；用户Alice使用自己的以太坊账户，向合约账户G发起交易，调用其中的发起调查函数，指定调查主题，发起一个调查I；
（3）签名和验证
调查I中规定的合法用户Bob，对自己的以太坊地址B2进行加盲处理，使用地址为B1的账户调用签名函数；Bob拿到签名后，对签名进行去盲处理，得到签名机构对Bob以太坊账户地址B2的签名B2’；
（4）提交调查
Bob使用以太坊地址为B2的账户，将填写的调查内容、签名B2’、调查项目编号I作为参数调用智能合约G的提交调查函数；
（5）公布结果阶段
当截止时间过后，或者所有合法用户都已经填写了调查，Bob使用签名B2’、调查项目编号I作为参数调用终止调查函数，此时调查项目I结束整个调查过程；若不满足条件，则调用该函数不会有任何操作；调查项目I结束后，Alice对调查结果进行分析，并公布分析结果。
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