CN110912937A - 一种基于区块链的数字存证平台和存证方法 - Google Patents

一种基于区块链的数字存证平台和存证方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于区块链的数字存证平台。在该平台中，服务端响应于客户端提交电子格式文件的请求对文件进行哈希运算，获得与文件对应的哈希值；服务端与分布式文件系统进行信息交互，将文件以对应的哈希值命名进行存储并获取文件的存储ID；服务端与区块链网络进行信息交互，将文件对应的哈希值、存储ID、文件创建信息提交至区块链网络；区块链网络经共识成功通过智能合约存储交易数据并打包成区块，进而将存储成功的区块交易ID值返回至服务端；服务端在本地存储提交文件以及文件对应的哈希值、存储ID和交易ID，并向客户端返回文件的存储状态信息。本发明能够保证数据的真实性和可靠性。

Description

一种基于区块链的数字存证平台和存证方法
技术领域
本发明涉及电子数据存储技术领域，尤其涉及一种基于区块链的数字存证平台和存证方法。
背景技术
区块链技术是兴起于2009年的一种前沿科技，该技术融合了分布式存储、点对点的网络、加密技术和共识算法等多种计算机技术。区块链由于其去中心化、独立性、安全性和匿名性等特性，受到了广泛关注。区块链技术不仅局限于金融方面，更开始拓展与其他领域结合，如供应链、身份管理等。现阶段较常见的分布式文件系统大多基于GPL开源协议，将数据以对象、文件的形式存储于服务器中，其中集群节点的通信协议通常采用TCP协议，基本是集中式存储为主，这种存储方式仍然存在单点故障。另外，加密数据库也是电子存证的重要手段，包括前置服务代理及加密网关技术、应用层加密技术改造、基于文件级的加解密技术等，但这些技术存在操作复杂、数据不透明等问题。
在现有技术中，普通存证只是将电子数据以备份的形式存放在中心化服务器中，由于电子数据非常容易遭到破坏，在传输的过程中很容易造成瑕疵、断点、证据不完整等故障。这不仅对第三方存证平台在技术上有高要求，还需要在电子数据产生、存证、存储及后续证据使用中减少中转、倒手的次数，如果将这些电子数据存储在中心服务器上，必然增加数据被篡改的风险，完整性也会被破坏。而且，第三方存证平台基本是企业负责运营，极有可能出现服务不稳定等意外状况。在法律实践中，单一或部分的电子证据远远不足以支撑整个案件的判定，显然这是普通存证无法做到的。
普通的存证方式对电子单据的修改记录方面不能满足行业需求，不能解决记录修改时间、修改人和修改前的版本内容等问题，不能做到对数字信息的历史溯源。并且，一旦发生数据丢失或损坏，恢复数据时不能保证所恢复数据的正确性和完整性。此外，尽管现有的存证方法普遍采用加密的方式保障数据安全，但仍存在被破译的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于区块链的数字存证平台和存证方法，能够实现电子数据的可信存储、数字信息可追溯查询和数据防篡改，从而保证了电子数据可靠性。
根据本发明的第一方面，提供一种基于区块链的数字存证平台。该平台包括：客户端、服务端、分布式文件系统和区块链网络，其中：所述服务端响应于客户端提交电子格式文件的请求对文件进行哈希运算，获得与文件对应的哈希值；所述服务端与所述分布式文件系统进行信息交互，将文件以对应的哈希值命名存储至所述分布式文件系统并获取文件的存储ID；所述服务端与所述区块链网络进行信息交互，将文件对应的哈希值、存储ID、文件创建信息提交至所述区块链网络；所述区块链网络经共识成功通过智能合约存储交易数据到各节点的关系型数据库中,并将行字段信息HASH后提交打包成区块，并将区块交易ID值更新到关系型数据库的字段中，最后将存储成功的区块交易ID值及存储信息返回至所述服务端，并向所述客户端返回文件的存储状态信息。
在一个实施例中，所述服务端包括接口层、平台层、共识层和区块链层，其中所述接口层用于适配多种接入方式接收所述客户端提交的电子格式文件的请求；所述平台层用于权限管理、节点管理、帐号管理、配置管理、数据验证、数据恢复、数据加密、安全监控；所述共识层用于适配不同的区块链底层提供多种共识算法；所述区块链层用于针对不同的区块链服务提供统一的接口规范。
在一个实施例中，所述区块链层采用国密SM3算法对传输数据进行加密。
在一个实施例中，所述服务端还用于响应于所述客户端提交的文件验证还原请求，通过与所述分布式文件系统和所述区块链网络的信息交互，显示文件、创建人、创建时间、区块时间戳、区块的哈希值。
在一个实施例中，所述区块链具有关系型数据库的SQL语法，支持模糊查询操作。
在一个实施例中，电子格式文件包括文字、文件、视频。
在一个实施例中，所述客户端包括PC端、智能终端、可穿戴式设备。
在一个实施例中，所述服务端将交易数据提交至所述区块链网络时，采用异步方式进行排序提交。
在一个实施例中，支持区块链网络的切换数据可同时存储私有链、联盟链、公有链。
根据本发明的第二方面，提供一种基于区块链的数字存证方法。该方法包括：响应于用户提交电子格式文件的请求对文件进行哈希运算，获得与文件对应的哈希值；将文件以对应的哈希值命名存储至分布式文件系统并获取文件的存储ID；将文件对应的哈希值、存储ID、文件创建信息提交至区块链网络；区块链网络经共识成功通过智能合约存储交易数据到各节点的关系型数据库中，并将行字段信息HASH后提交打包成区块,并将区块交易ID值更新到关系型数据库的字段中，最后返回存储成功的区块交易ID及存储信息；本地存储提交文件以及文件对应的哈希值、存储ID和交易ID，并向用户显示文件的存储状态信息。
与现有技术相比，本发明的优点在于：提供以区块链为底层技术的存证平台，以去中心化和分布式架构方式解决了单一服务器的单点故障问题，避免数据丢失；区块链中的数据将永久保存在区块中，能够实现电子单据溯源查询；链条式的区块连接方式让各个块相互关联，显著增加了修改某区块中数据的难度；并且，共识算法的加入使得数据的写入更加谨慎，从而确保数据的真实性和可靠性，解决了区块链系统不支持关系型数据库的SQL语法问题，并且数据可同时存储在不同网络的区块链系统中，数据更安全、更灵活。
附图说明
以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1是根据本发明一个实施例的基于区块链的数字存证平台的架构图；
图2根据本发明一个实施例的基于区块链的数字存证平台的工作原理示意图；
图3是根据本发明一个实施例的文件存储时序图；
图4是根据本发明一个实施例的文件验证还原时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
在本文示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
参见图1所示，本发明实施例提供的基于区块链的数字存证平台包括应用层、接口层、平台层、共识层、区块链层、存储层和服务监控平台。这种模块化的设计，能够灵活调整共识算法和存储方式，可支持Hyperledger Fabric、以太坊、BigChainDB三种区块底层。为了提高系统的性能、安全性，本发明对底层的加密、存储进行了优化。应用架构采用微服务设计模式，可根据业务需求情况增加、减少相应的服务数量，支持横向动态扩展服务，从而提高系统整体的稳定性。
应用层能够针对云服务或者第三方应用平台，通过PC端、手机端、智能终端或便携式可穿戴设备等多种类型的客户端发起请求提交电子数据信息。
在本发明实施例中，应用架构采用微服务设计模式，可根据业务需求情况增加、减少相应的服务数量，支持横向动态扩展服务，从而提高系统整体的稳定性。
接口层可支持RPC(远程过程调用)、API(应用程序编程接口)、SDK(软件开发工具包)等多种接入方式，其中RPC、SDK可支持JAVA语言，API能够以HTTP形式实现跨平台跨语言。接口包括saveFile存储文件、checkFile验证文件、restoreFile还原文件等，文字以Json方式生成字符串，文件以数据流的形式提交，每个接口都需要提交accessId、accessKey值，用于接口合法性验证，这两个值在注册时自动生成。
平台层用于针对一些业务的处理，例如包括权限管理、节点管理、帐号管理、配置管理、数据验证、数据恢复、数据加密、安全监控等。平台层主要是对提交的业务方式进行相应的处理，接入系统时根据accessId、accessKey值验证合法性，存储文件时的Hash值例如使用sha256对文件内容进行哈希算法得到，文件内容的hash值存储在区块链网络中，文件信息存储在分布式文件系统中(如fastdfs)，并且文件名称可直接以Hash值命名，并将文件对应的哈希值、存储ID、文件创建信息提交至区块链网络，区块链网络经共识成功通过智能合约存储交易数据到节点的关系型数据库，将行字段信息HASH后提交打包成区块并将区块交易ID值更新到关系型数据库的字段中，并返回交易ID以及存储信息。文件验证还原时，首先提交交易ID或者存储信息到区块链网络，区块链网络通过节点关系型数据查询当前提交的信息将存储信息返回给服务端，服务端根据文件存储地址去文件服务器找到对应的文件，对文件内容进行sha256算法得到Hash值，然后与区块信息中获得的Hash值进行比较，如果相同则表示文件未被篡改，反之可以判定文件已经被修改。由于区块链具有仿篡改、可溯源技术特性，如果遇到相同文件提交时，可根据时间追溯判定版权所有者。应用层采用微服务设计模式，每个应用可以对应多个区块链节点，各应用可以单独运行互不干扰，可以根据交易数量来调整微服务的个数，并且通过Nginx做负载均衡，提高整个应用系统的吞吐量，保证系统的稳定性。
共识层针对不同的区块链底层采用不同的共识算法，例如Hyperledger Fabric采用Kafka共识、以太坊采用POS共识、BigChainDB采用BFT共识，三种模式可以通过配置形式切换。
区块链层由Fabric、以太坊、BigChainDB三种区块链服务组成，根据不同的需求可以切换服务。默认区块链底层采用Fabric区块链服务，并且Fabric底层的加密算法可采用国密SM3算法。对于三种不同的区块链服务，在顶层设计上采用统一的接口规范，对于不同的区块链服务只需要实现统一的接口即能完成接入，有利于后期扩容。区块链层的主要接口包括sendTransaction(创建区块)、getBlockByTransactionId(根据交易ID查询区块)、getBlockByBlockHeight(根据高度查询区块)、getBlockByBlockHash(根据Hash查询区块)、getBlockByTransactionData(根据存储内容查询区块)等。
存储层对于文本数据以及文件资料等信息，采用去中心化的分布式文件服务器存储。
图2示意了本发明的工作原理，其中中间件集群实现图1的接口层、平台层、共识层、区块链层。本文主要以数据存储和数据验证还原过程为例进行说明。数据包括文字、文件、视频等多种格式，区块链通过智能合约存储文件的Hash值、创建人、创建时间以及备注信息等。每个区块链都含有时间戳信息，如果存储相同文件可以根据时间戳按时间顺序判断文件归属问题，整个数据在传输过程中都进行了对称加密，保证数据安全可靠，数据存储可采用Oracle、MySQL两种关系型数据库，文件存储可采用开源的FastDFS分布式文件存储系统。
图3是文件存储过程中客户端、服务端、分布式文件存储以及区块链网络的信息交互时序图，其中服务端实现图1的接口层、平台层、共识层、区块链层。文件存储具体包括以下步骤：
1)、用户输入信息。
例如，输入信息内容包括文字、文件、视频等多种类型的电子格式数据。
2)、客户端向服务端发送提交信息。
例如，客户端引用SDK通过Http、RPC的方式提交数据或直接以HTTP方式提交。
3)、服务端接收到数据后，对文件内容进行Hash处理。
例如，服务端对文件内容采用sha256算法或其他的Hash算法进行处理，得到文件内容对应的Hash值。
4)、服务端将存储文件信息发送到文件服务器。
服务端所发送的文件信息包括文件内容，对应的Hash值等。文件服务器是指分布式文件存储系统中的节点。
5)、文件服务器存储文件。
文件服务器存储文件，例如，以Hash值命名文件。
6)、文件服务器向服务端返回存储ID。
文件服务器存储成功后，向服务端返回存储ID。
7)、服务端将文字、Hash值、存储ID、创建人、创建时间等信息提交至区块链网络。
8)、区块链网络共识成功通过智能合约存储数据到各节点的关系型数据库中，并将行字段信息HASH后提交打包成区块，并将区块交易ID值更新到关系型数据库的字段中，每个区块都有时间戳信息。
9)、区块链网络向服务端返回交易ID及存储信息。
区块链网络存储成功后，向服务端返回区块交易ID值等区块链信息。
10)、服务端向客户端返回交易ID及存储信息。
服务端返回存储状态以及区块链上存储的相关区块信息，例如包括当前区块的Hash值、上一个区块Hash、时间戳等。
11)、客户端向用户显示存储结果信息。
参见图4所示，文件验证还原过程包括以下步骤：
1)、用户选择需要验证还原的文件信息。
2)、客户端向服务端发送文件对应的交易ID及存储信息。
例如，客户端引用SDK通过Http、RPC的方式提交数据，也可以直接以HTTP方式提交。
3)、服务端将提交查询的信息提交给区块链网络。
4)、区块链节点根据提交的信息查询本地关系型数据，并且查询出对应的交易ID获取区块信息，将存储信息和区块信息返回服务端。
5)、服务端获取区块链网络返回的信息。
6)、向文件服务器提交存储ID。
7)、文件服务器根据文件存储ID查询对应的文件信息。
8)、文件服务器返回文件信息。
9)、服务端对文件信息进行比较。
例如，将获取的文件内容进行sha256算法得到Hash值，并且与区块链网络上获取的Hash值进行比较，如果一致表示文件未被篡改。
10)、服务端向客户端返回文件信息以及存储区块信息。
11)客户端向用户返回文件及存储区块的信息。
客户端返回文件的相关存储信息并进行显示，主要包括原始文件、创建人、创建时间、区块链信息(时间戳、块的Hash等)。
需说明的是，本发明存储数据分为本地网络存储和区块链网络存储两种方式，本地网络主要通过分布式文件系统存储文件，区块链网络通过智能合约方式存储。区块链网络存储信息包括标题、文件名称、文件Hash值、文件存储ID、区块链交易ID、创建人、创建时间等。
表1：存储内容
Figure BDA0002331101160000071
Figure BDA0002331101160000081
进一步地，为了提高本发明提供的数字存证平台的性能，可做多方面的优化。
例如，针对Fabric区块链底层的架构进行优化，当有大数据量提交共识时，在设定打包数和打包时间后性能还无法满足时，可以采用异步方式进行排序提交，异步处理过程包括：客户端(此处指区块链网络中客户端)登录CA服务器获得签名证书；客户端向一定的背书节点发送交易请求；背书节点进行权限检验，并模拟Chaincode交易，结果Yes/No，并签名返回背书结果；客户端收到足够多的背书，检查背书数量是否合法；客户端对合法的背书结果存储到本地计算机内存中，直接返回交易ID给应用服务程序，表示已经完成交易，并且把应用数据库的状态更新为“交易完成”；客户端读取本地内存背书结果，将经过背书的交易发送到排序节点；排序节点对读写集排序，并根据出块配置构造区块信息，并发送区块到确认节点；确认节点对区块内容，交易读写集、背书策略等进行校验，校验成功存储到节点生成新的区块；区块生成完成根据交易ID更新应用数据库的状态信息，标识为“上链完成”。
又如，目前客户端发送交易Orderer排序是串型执行的，每次都只是一个Orderer进行排序，如果出现异常后，轮询到第二个Orderer进行排序，这样多Orderer情况下性能得不到提高，针对该问题可采用多线程模式让多Orderer并行运行，从而显著提高了运行的效率。
再如，针对Fabric底层，可采用sha256算法，为增加安全性改为国密SM3算法。具体地，将Fabric框架改造为SM3国密算法；将Fabric-CA改造为SM3国密算法；将Fabric-SDK改造为SM3国密算法；将fabric-baseimage、fabric-baseos镜像改造为SM3国密算法。
综上所述，本发明提供的基于区块链的数字存证平台，是存储数据文件的一体化解决方案。整个数据文件源文件存储在分布式文件系统中，对文件内容进行哈希运算得到Hash值存储在区块链网络中。平台的应用架构采用微服务架构设计，可根据业务需求动态扩展应用数量。底层区块链互通采用统一的接口标准，兼容Fabric、以太坊、BigchainDB三种区块链，并且通过参数设置可以动态调整区块链服务。利用本发明，所存储的数字档案可以防止被恶意篡改，并做到历史数据可追溯，确保平台数据可靠性，为保存重要文件和证明提供可信环境。
需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种基于区块链的数字存证平台，包括：客户端、服务端、分布式文件系统和区块链网络，其中：
所述服务端响应于客户端提交电子格式文件的请求对文件进行哈希运算，获得与文件对应的哈希值；
所述服务端与所述分布式文件系统进行信息交互，将文件以对应的哈希值命名存储至所述分布式文件系统并获取文件的存储ID；
所述服务端与所述区块链网络进行信息交互，将文件对应的哈希值、存储ID、文件创建信息提交至所述区块链网络；
所述区块链网络经共识成功通过智能合约存储交易数据到各节点的关系型数据库，将行字段信息HASH后提交打包成区块并将区块交易ID更新到关系型数据库的字段中，最后将存储成功的区块交易ID值及存储信息返回至所述服务端；
所述服务端根据区块链网络返回信息向所述客户端返回文件的存储状态信息。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，所述服务端包括接口层、平台层、共识层和区块链层，其中所述接口层用于适配多种接入方式接收所述客户端提交的电子格式文件的请求；所述平台层用于权限管理、节点管理、帐号管理、配置管理、数据验证、数据恢复、数据加密、安全监控；所述共识层用于适配不同的区块链底层提供多种共识算法；所述区块链层用于针对不同的区块链服务提供统一的接口规范。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，所述区块链层采用国密SM3算法对传输数据进行加密。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，所述服务端还用于响应于所述客户端提交的文件验证还原请求，通过与所述分布式文件系统和所述区块链网络的信息交互，显示文件、创建人、创建时间、区块时间戳、区块的哈希值。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，支持区块链网络的切换数据可同时存储私有链、联盟链、公有链。
6.根据权利要求1所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，所述客户端包括PC端、智能终端、可穿戴式设备。
7.根据权利要求1所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，所述服务端将交易数据提交至所述区块链网络时，采用异步方式进行排序提交。
8.根据权利要求1所述的基于区块链的数字存证平台，其特征在于，所述区块链网络具有关系型数据库的SQL语法，支持模糊查询操作。
9.一种基于区块链的数字存证方法，包括：
响应于用户提交电子格式文件的请求对文件进行哈希运算，获得与文件对应的哈希值；
将文件以对应的哈希值命名存储至分布式文件系统并获取文件的存储ID；
将文件对应的哈希值、存储ID、文件创建信息提交至区块链网络；
区块链网络经共识成功通过智能合约存储交易数据到各节点的关系型数据库，将行字段信息HASH后提交打包成区块并将区块交易ID更新到关系型数据库的字段中，最后返回存储成功的区块交易ID及存储信息；
本地存储提交文件以及文件对应的哈希值、存储ID和交易ID，并向用户显示文件的存储状态信息。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现根据权利要求9所述方法的步骤。
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