CN110636040B - 一种基于区块链通信的信息流认证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链通信的信息流认证系统及方法，包括认证模块和区块链，所述认证模块和区块链之间通过无线传输模块实现数据交互，所述认证模块包括注册模块、身份密码系统和数据发送模块，所述注册模块用于用户注册信息，所述身份密码系统用于对用户的身份和密码进行管理，所述数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传。该基于区块链通信的信息流认证系统及方法中，基于区块链对信息流数据进行保存，同时区块链保存的数据之间有一定的关联，使得信息数据之间能够互通，提高信息的价值，采用无线传输模块对认证模块认证的数据进行传输，同时无线传输模块能够实现5G传输，大幅提高传输数据，提高数据认证效率。

Description

一种基于区块链通信的信息流认证系统及方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体为一种基于区块链通信的信息流认证系统及方法。

背景技术

随着社会的信息化和信息大量涌现，以及人们对信息要求的激增，信息流形成了错综复杂、瞬息万变的形态。这种流动可以在人和人之间、人和机构之间、机构内部以及机构与机构之间发生，包括有形流动和无形流动，前者如报表、图纸、书刊等，后者如电信号、声信号、光信号等。在社会经济生活中，随着商流、物流与资金流的分离，信息流的作用越来越重要，其功能主要体现在沟通连接、引导调控、辅助决策以及经济增值等方面，由于现有的信息数据较为庞大和复杂，在对信息流认证时，效率低，同时信息之间没有相关的联系，降低信息的价值。鉴于此，我们提出一种基于区块链通信的信息流认证系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链通信的信息流认证系统及方法，以解决上述背景技术中提出的信息数据较为庞大和复杂，在对信息流认证时，效率低，同时信息之间没有相关的联系，降低信息的价值的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于区块链通信的信息流认证系统，包括认证模块和区块链，所述认证模块和区块链之间通过无线传输模块实现数据交互，所述认证模块包括注册模块、身份密码系统和数据发送模块，所述注册模块用于用户注册信息，所述身份密码系统用于对用户的身份和密码进行管理，所述数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传。

作为优选，所述身份密码系统包括主机注册模块和主机密钥模块，所述主机注册模块用于注册主机，所述主机密钥模块用于生成主机密钥模块。

作为优选，所述主机注册模块包括系统初始化模块、连接子网模块和列表保存模块，所述系统初始化模块用于对主机系统进行初始化，所述连接子网模块用于主机连接子网，所述列表保存模块用于对应每个主机的MAC地址和分配给该主机的随机数，并生成表格。

作为优选，所述主机密钥模块包括主机公钥模块、加密信息模块、验证私钥模块、生成主私钥模块和主机私钥验证模块，所述主机公钥模块用于计算主机公钥；所述加密信息模块用于主公钥加密随机数；所述验证私钥模块验证私钥地址是否注册；所述生成主私钥模块用于生成主机私钥；主机私钥验证模块用于验证主机私钥。

作为优选，所述区块链包括数据接收模块、数据保存模块、数据验证模块和数据反馈模块，所述数据接收模块用于区块链接收无线传输模块传输的数据，所述数据保存模块用于区块链保存无线传输模块传输的数据，所述数据验证模块用于对接收的数据和区块链内部保存的数据进行认证对比，所述数据反馈模块用于反馈认证对比的结果。

另一方面，还提供了一种基于区块链通信的信息流认证方法，包括权利1-5中任意一项所述的基于区块链通信的信息流认证系统，包括以下步骤：

S1、输入信息：通过主机注册模块注册使用者的身份密码信息，并通过主机密钥模块生产与身份密码相对于的密钥；

S2、数据保存，通过数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传至区块链内储存；

S3、信息登录：通过身份密码系统登录使用者的信息数据；

S4、信息验证：通过数据发送模块将登录信息输出值区块链内，并通过数据验证模块对接收的数据和区块链内部保存的数据进行认证对比，认证对比结束后，通过数据反馈模块反馈认证对比的结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该基于区块链通信的信息流认证系统及方法中，基于区块链对信息流数据进行保存，同时区块链保存的数据之间有一定的关联，使得信息数据之间能够互通，提高信息的价值。

2、该基于区块链通信的信息流认证系统及方法中，采用无线传输模块对认证模块认证的数据进行传输，同时无线传输模块能够实现5G传输，大幅提高传输数据，提高数据认证效率。

3、该基于区块链通信的信息流认证系统及方法中，通过设置主机密钥模块，根据其MAC地址和系统公开参数生成的，通过PKG的主私钥和主机在上一步得到的随机数，可以保证只有拥有合法身份的主机才能获得对应的私钥，确保身份密码信息的安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明的认证模块示意图；

图3为本发明的身份密码系统模块示意图；

图4为本发明的主机注册模块示意图；

图5为本发明的主机密钥模块示意图；

图6为本发明的区块链模块示意图；

图7为本发明的无线传输与设备连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

一方面，本发明提供一种基于区块链通信的信息流认证系统，如图1-图3所示，包括认证模块和区块链，认证模块和区块链之间通过无线传输模块实现数据交互，认证模块包括注册模块、身份密码系统和数据发送模块，注册模块用于用户注册信息，身份密码系统用于对用户的身份和密码进行管理，数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传。

本实施例中，无线传输模块采用LTE180嵌入式WIFI模块实现数据无线传输，LTE180嵌入式WIFI模块，是一款超小尺寸和功能强大的嵌入式串口WIFI模块，同时支持2.4G和5G频段，集成了TCP/IP协议栈和驱动程序，使用方便，可以用上位机和web轻松配置工作模式，性能稳定，传输速率快，同时该模块能够与串口设备进行连接，与PC和嵌入式设置进行无线通信，便于安装。

进一步的，LTE180嵌入式WIFI模块无线参数入下表所示：

无线参数表

具体的，LTE180嵌入式WIFI模块与设备连接如图7所示，其中，VDD为模块电源输入；GND为模块接地；nRXD为UART数据输入；nTXD为UART发送数据；nCTS为UART允许发送信号，低电平有效；nRTS为UART接收准备好信号，低电平有效。当接收到外部/CTS信号后CPU从休眠模式唤醒；MODSEL为选择模块的工作模式，拉高：进入透明传输模式，拉底:进入命令控制模式；RESET为将该引脚拉低，可以重新初始化模块；BUSY为模块忙碌指示，嵌入式设备发送数据前查询该IO口状态；ULPMODE为Wifi模块当前是否断电；RESTOR为恢复出厂设置；NETSTA为模块当前的联网状态，同步状态指示灯。

实施例2

作为本发明的第二种实施例，为了便于对主机进行注册并对身份进行认证，本发明还设置有身份密码系统，作为一种优选实施例，如图4和图5所示，身份密码系统包括主机注册模块和主机密钥模块，主机注册模块用于注册主机，主机密钥模块用于生成主机密钥模块。

本实施例中，主机密钥模块产生过程主要为各主机安全产生并分发私钥，而主机公钥是由主机自己根据其MAC地址和系统公开参数生成的。通过PKG的主私钥和主机在上一步得到的随机数，可以保证只有拥有合法身份的主机才能获得对应的私钥，同时保证主机获得的私钥是PKG产生的。

其中，主机注册模块包括系统初始化模块、连接子网模块和列表保存模块，系统初始化模块用于对主机系统进行初始化，连接子网模块用于主机连接子网，列表保存模块用于对应每个主机的MAC地址和分配给该主机的随机数，并生成表格。

进一步的，系统初始化模块具体为在该接入子网内设置一台可信计算机作为私钥生成中心PKG。PKG运行初始化算法。算法输入一个安全参数，输出一系列系统公开参数(包括明文空间、密文空间、散列函数等)、主公钥KMP和主私钥KMS。主私钥用来生成用户私钥，将其安全保存在该可信计算机的可信平台模块。

具体的，连接子网模块具体为每台主机在准备连接到该接入子网时，都需要先以MAC地址作为身份向私钥生成中心进行注册。

此外，列表保存模块具体工作流程为，私钥生成中心收到主机注册请求后，记录下该主机的MAC地址，并为其生成一个随机数random，同时，将每个主机的MAC地址和分配给该主机的随机数对应起来，以列表的形式保存，称该列表为LMAC，然后，私钥生成中心将随机数random、主公钥KMP及系统公开参数发送给主机。

本实施例中，主机密钥模块包括主机公钥模块、加密信息模块、验证私钥模块、生成主私钥模块和主机私钥验证模块，主机公钥模块用于计算主机公钥；加密信息模块用于主公钥加密随机数；验证私钥模块验证私钥地址是否注册；生成主私钥模块用于生成主机私钥；主机私钥验证模块用于验证主机私钥。

进一步的，主机公钥模块用于主机根据上述注册过程中收到的主公钥KMP和系统公开参数，结合其MAC地址根据基于身份的数字签名方案计算出主机公钥KP，其过程如下：

(1)、系统参数的建立：随机选择一个数

计算P_pub＝sP，其中P为G₁的生成元，选择2个强密码杂凑函数H₁：

和H₂：

其中H₁将任意长度输入映射到固定长度，H₂把用户身份ID映射到G₁中的一个元素，最后PKG把s作为系统的私钥保存；

(2)、签名：执行随机选择

计算R＝rP，输出针对M的签名σ＝(R，rP_pub+H₁(M，R)d_MACID)；

(3)、验证：设σ＝(U,V)为针对对M的签名，验证者需要执行：计算Q_MACID＝H₂(MACID)，计算u＝e(V,P)，计算v＝e(U+H₁(M，U)Q_MACID,P_pub)，如果u＝v，则输出接受签名，否则输出拒。

此外，加密信息模块具体为，主机用主公钥KMP加密随机数random，生成加密信息EncryptKMP(random)，以防止随机数在发送过程中被篡改。然后，主机把MAC地址及该加密信息发送给私钥生成中心，申请主机私钥。

除此之外，验证私钥模块具体为，私钥生成中心收到主机请求后，首先根据信息中的MAC地址查找其保存的列表LMAC。如果在列表中能找到对应表项，则说明该地址是注册过的，进行下一步验证；否则，说明该地址未注册过，丢弃该请求信息。找到对应的表项后，对收到信息的剩余部分进行解密，将解密得到的信息与对应表项中的随机数比较。如果匹配成功，则说明请求者是注册过的合法主机，验证成功；否则丢弃该请求信息。

实施例3

作为本发明的第三种实施例，为了便于对数据进行保存，本发明还设置有区块链，作为一种优选实施例，如图6所示，区块链包括数据接收模块、数据保存模块、数据验证模块和数据反馈模块，数据接收模块用于区块链接收无线传输模块传输的数据，数据保存模块用于区块链保存无线传输模块传输的数据，数据验证模块用于对接收的数据和区块链内部保存的数据进行认证对比，数据反馈模块用于反馈认证对比的结果。

本实施例中，区块链由经过数学方法处理后的数据区块组成，每一个数据区块都包含了上一个数据区块的散列值，从最新的数据区块一直链接到第一个数据区块，行成块链结构。每一个数据区块包含当前数据区块根散列值、前一数据区块根散列值、时间戳、数据记录和其他信息。区块根散列值实际就是数据记录树的根节点散列值，是根据数据记录树自上而下通过安全散列算法逐步计算出的。时间戳是数据区块的生成时间。其他信息包括区块签名信息、随机值等信息，可根据具体应用场景灵活定义。数据记录在存储过程中，通常组织为树形逻辑结构，比如默克尔树。

进一步的，数据验证模具体为，安全网关收到主机发送的帧后，在数据链路层处理时，除了常规处理外，还需要额外记录下该帧的源MAC地址，然后再将其交付上层处理。

另一方面，一种基于区块链通信的信息流认证方法，包括上述任意一项的基于区块链通信的信息流认证系统，包括以下步骤：

S1、输入信息：通过主机注册模块注册使用者的身份密码信息，并通过主机密钥模块生产与身份密码相对于的密钥；

S2、数据保存，通过数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传至区块链内储存；

S3、信息登录：通过身份密码系统登录使用者的信息数据；

S4、信息验证：通过数据发送模块将登录信息输出值区块链内，并通过数据验证模块对接收的数据和区块链内部保存的数据进行认证对比，认证对比结束后，通过数据反馈模块反馈认证对比的结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于区块链通信的信息流认证系统，包括认证模块和区块链，其特征在于：所述认证模块和区块链之间通过无线传输模块实现数据交互，所述认证模块包括注册模块、身份密码系统和数据发送模块，所述注册模块用于用户注册信息，所述身份密码系统用于对用户的身份和密码进行管理，所述数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传；所述身份密码系统包括主机注册模块和主机密钥模块，所述主机注册模块用于注册主机，所述主机密钥模块用于生成主机密钥模块；所述主机密钥模块包括主机公钥模块、加密信息模块、验证私钥模块、生成主私钥模块和主机私钥验证模块，所述主机公钥模块用于计算主机公钥；所述加密信息模块用于主公钥加密随机数；所述验证私钥模块验证私钥地址是否注册；所述生成主私钥模块用于生成主机私钥；主机私钥验证模块用于验证主机私钥；进一步的，主机公钥模块用于主机根据上述注册过程中收到的主公钥KMP和系统公开参数，结合其MAC地址根据基于身份的数字签名方案计算出主机公钥KP，其过程如下：

(1)、系统参数的建立：随机选择一个数

计算P_pub＝sP，其中P为G₁的生成元，选择2个强密码杂凑函数

和

其中H₁将任意长度输入映射到固定长度，H₂把用户身份ID映射到G₁中的一个元素，最后PKG把s作为系统的私钥保存；

(2)、签名：执行随机选择

计算R＝rP，输出针对M的签名σ＝(R，rP_pub+H₁(M，R)d_MACID)；

(3)、验证：设σ＝(U，V)为针对对M的签名，验证者需要执行：计算Q_MACID＝H₂(MACID)，计算u＝e(V，P)，计算v＝e(U+H₁(M，U)Q_MACID，P_pub)，如果u＝v，则输出接受签名，否则输出拒绝签名；

其中，PKG为密钥生成中心，P_pub为公钥密码体，R为监视器，M为明文空间，U为用户标识，V为密文标识；

此外，加密信息模块具体为，主机用主公钥KMP加密随机数random，生成加密信息EncryptKMP(random)，以防止随机数在发送过程中被篡改；然后，主机把MAC地址及该加密信息发送给私钥生成中心，申请主机私钥；

除此之外，验证私钥模块具体为，私钥生成中心收到主机请求后，首先根据信息中的MAC地址查找其保存的列表LMAC；

如果在列表中能找到对应表项，则说明该地址是注册过的，进行下一步验证；否则，说明该地址未注册过，丢弃该请求信息；找到对应的表项后，对收到信息的剩余部分进行解密，将解密得到的信息与对应表项中的随机数比较；如果匹配成功，则说明请求者是注册过的合法主机，验证成功；否则丢弃该请求信息。

2.根据权利要求1所述的基于区块链通信的信息流认证系统，其特征在于：所述主机注册模块包括系统初始化模块、连接子网模块和列表保存模块，所述系统初始化模块用于对主机系统进行初始化，所述连接子网模块用于主机连接子网，所述列表保存模块用于对应每个主机的MAC地址和分配给该主机的随机数，并生成表格。

3.根据权利要求1所述的基于区块链通信的信息流认证系统，其特征在于：所述区块链包括数据接收模块、数据保存模块、数据验证模块和数据反馈模块，所述数据接收模块用于区块链接收无线传输模块传输的数据，所述数据保存模块用于区块链保存无线传输模块传输的数据，所述数据验证模块用于对接收的数据和区块链内部保存的数据进行认证对比，所述数据反馈模块用于反馈认证对比的结果。

4.一种基于区块链通信的信息流认证方法，包括权利要求1-3中任意一项所述的基于区块链通信的信息流认证系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入信息：通过主机注册模块注册使用者的身份密码信息，并通过主机密钥模块生产与身份密码相对于的密钥；

S2、数据保存，通过数据发送模块用于将用户的身份密码进行上传至区块链内储存；

S3、信息登录：通过身份密码系统登录使用者的信息数据；

S4、信息验证：通过数据发送模块将登录信息输出值区块链内，并通过数据验证模块对接收的数据和区块链内部保存的数据进行认证对比，认证对比结束后，通过数据反馈模块反馈认证对比的结果。

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