CN111179056A - 一种众筹智能合约的形式验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种众筹智能合约的形式验证方法，该方法具体包括：定义众筹智能合约，用于实现按定义的流程和权限进行众筹项目的全流程的功能，定义包括众筹项目和筹款记录的数据结构、状态变量、检查合约所有者和众筹流程的修饰器、众筹相关业务的公共函数；定义形式验证规范，用于描述众筹智能合约的功能，定义智能合约中每个众筹相关的函数的异常、返回值和对状态变量的规范；利用定义好的形式验证规范对众筹智能合约进行形式验证，用于检查众筹智能合约的实现是否符合形式验证规范，若不符合,则定位到合约中的错误代码并指明错误原因，若符合，显示验证通过。该方法可提高众筹项目相关的智能合约的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及智能合约和形式验证的技术领域，具体涉及一种众筹智能合约的形式验证方法。
背景技术
区块链作为一项新兴的分布式数据存储应用，在社会的各行各业，不断涌现出新的应用场景。智能合约作为区块链2.0的重要特征，利用了区块链公开、透明、可追溯、去中心化、不可篡改的特性，使得链上能够以一种可信的方式定义数字资产。但由于区块链的不可篡改和公开透明的特点，如果存在安全漏洞的智能合约被部署到区块链上并被黑客利用，会对链上资产造成巨大损失，因此在智能合约部署前，进行的安全审计变得尤为重要。形式化验证是一种用来检查系统在给定的输入下，输出是否满足给定的设计规范的技术。形式化验证可以从数学上完备地检查系统的实现方案是否确实实现了设计规范所描述的功能，是当前最受主流认可的区块链安全解决方案。众筹是一种典型的智能合约应用场景，然而目前业内并没有针对众筹项目相应的安全解决方案，开发者容易在开发过程中出现疏忽，导致智能合约容易出现安全漏洞。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种众筹智能合约的形式验证方法，该方法可提高众筹项目相关的智能合约的安全性。具体技术方案如下：
一种众筹智能合约的形式验证方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)定义众筹智能合约，用于实现按定义的流程和权限进行众筹项目的发起、筹款的收集和记录、退还筹款、提取筹款、筹款结束功能；所述的定义包括众筹项目和筹款记录的数据结构、状态变量、检查合约所有者和众筹流程的修饰器、众筹相关业务的公共函数；
(2)定义形式验证规范，用于描述众筹智能合约的功能，定义智能合约中每个众筹相关的函数的异常、返回值和对状态变量的规范；
(3)利用步骤(2)中的形式验证规范对步骤(1)中的众筹智能合约进行形式验证，用于检查众筹智能合约的实现是否符合形式验证规范，若不符合,则定位到合约中的错误代码并指明错误原因，若符合则安全，显示验证通过。
进一步地，所述的步骤(1)中，
众筹项目的数据结构至少包括筹款接受机构、筹款目标、筹款截止时间、项目状态这四项数据；
筹款记录的数据结构至少包括筹款人与其对应的筹款金额、总筹集金额三项数据；
所述的状态变量为记录合约所有者、众筹项目流程、筹款人与其筹款记录；
所述的修饰器用于检查记录众筹项目是否达到截止时间、检查是否达到筹款目标金额、检查项目是否处于开放状态；
所述的公共函数包含：
(1)合约所有者能够在正确的众筹流程下发布众筹项目信息的函数；
(2)合约所有者能够在正确的众筹流程下管理众筹项目的状态的函数；
(3)众筹项目的参与者能够在正确的众筹流程中参与众筹并在合约中记录筹款相关信息的函数；
(4)筹款接收机构能够在正确的众筹流程中将筹款资金提走的函数；
(5)众筹项目的参与者在众筹失败时退还筹款的函数；
(6)合约相关方能够在正确的众筹流程中查看众筹项目状态、筹款记录、筹款去向的函数。
进一步地，所述的步骤(2)中的形式验证规范具体包括：
对于函数(1)，规范要求函数当且仅当合约所有者未在正确的众筹项目发布流程调用时抛出异常；要求函数调用后，记录众筹项目信息的状态变量记录正确的数据，记录众筹项目状态的状态变量被设置为正确的初始值，其他状态变量保持不变；
所述的记录众筹项目信息的状态变量包括项目id、筹款接收机构、筹款目标金额，截止区块；所述的众筹项目状态的状态变量包括已筹集金额、筹款人的筹款资金、项目是否开放；
对于函数(2)，规范要求函数当且仅当合约所有者未在正确的众筹流程调用函数管理众筹项目的状态时抛异常；要求函数调用后，记录众筹项目状态的状态变量得到正确的修改，其他无关字段和状态变量保持不变；
对于函数(3)，规范要求函数当且仅当众筹项目的参与者未在正确的众筹流程调用函数参与众筹时抛异常；要求函数调用后，记录众筹项目状态的状态变量得到正确的修改，其他无关字段和状态变量保持不变；
对于函数(4)，规范要求函数当筹款接收机构未在正确的众筹流程中提取筹款资金或筹款关闭或没有达到众筹目标金额时抛异常；要求函数调用后，筹集资金被转入筹款接收机构的账户，且所有账户转入转出资金一致；
对于函数(5)，规范要求函数当且仅当调用者不是众筹参与者或众筹项目的参与者未在正确的众筹流程中调用时抛异常；要求函数调用后，每个众筹项目的参与者在众筹失败时退还筹款；该众筹项目的参与者在众筹合约项目中的筹款记录归零，资金被转入该众筹项目的参与者的账户，且所有账户的转入转出资金一致；
对于函数(6)，规范要求函数当且仅当合约相关方未在正确的众筹流程中查看众筹项目状态、筹款记录、筹款去向时抛异常；要求函数调用后，众筹项目状态、筹款记录、筹款去向与众筹合约的实际信息一致。
进一步地，所述的步骤(3)中，所述的形式验证规范根据智能合约中每个众筹相关函数的异常、返回值、所有者状态变量、众筹流程状态变量、众筹项目信息、众筹状态变量的流程状态使用Petri网络建立数学模型，利用定理证明器推导证明在相应条件下，相关数据被赋值为预期的参数，其他无关数据保持原值。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种众筹智能合约的形式验证方法，为众筹智能合约的开发提供一种开发参考和安全标准。本方法使用软件形式化验证方法对规范众筹业务智能合约开发，基于众筹业务设计并建立了安全的形式规范，并转化为可形式验证的数学模型，从而提高众筹智能合约的安全性。本发明的方法具有通用性，对于众筹项目相关的智能合约都可以使用本方法进行开发和安全审计，对于同类众筹业务的实现可以很好的适用。
附图说明
图1是基于本发明的众筹智能合约的形式验证方法的流程图。
图2是本发明对众筹智能合约的形式验证Petri网络图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的众筹智能合约的形式验证方法，具体包括如下步骤：
1.定义众筹智能合约，用于实现按定义的流程和权限进行众筹项目发布、众筹项目状态管理、筹款信息记录、筹款资金转移等功能。定义包括：众筹项目基本信息、众筹项目状态、筹款记录的数据结构和状态变量，检查合约所有者和众筹流程的修饰器、众筹相关业务的公共函数；其中：
众筹项目基本信息包括众筹目标、众筹截止时间、筹款接收机构、众筹参与人数、众筹参与者捐款记录、众筹金额等；
众筹项目状态包括项目是否开放、项目是否到达截止时间、众筹资金是否已经被提取等；
众筹项目的数据结构至少包括筹款接受机构、筹款目标、筹款截止时间、项目状态这四项数据；
筹款记录的数据结构至少包括筹款人与其对应的筹款金额、总筹集金额三项数据；
所述的状态变量为记录合约所有者、众筹项目流程、筹款人与其筹款记录；
所述的修饰器用于检查记录众筹项目是否达到截止时间、检查是否达到筹款目标金额、检查项目是否处于开放状态；
所述的公共函数包含：
(1)合约所有者能够在正确的众筹流程下发布众筹项目信息的函数；
(2)合约所有者能够在正确的众筹流程下管理众筹项目的状态的函数；
(3)众筹项目的参与者能够在正确的众筹流程中参与众筹并在合约中记录筹款相关信息的函数；
(4)筹款接收机构能够在正确的众筹流程中将筹款资金提走的函数；
(5)众筹项目的参与者在众筹失败时退还筹款的函数；
(6)合约相关方能够在正确的众筹流程中查看众筹项目状态、筹款记录、筹款去向的函数。
2.定义形式验证规范，用于描述众筹智能合约的功能，定义智能合约中每个众筹相关的函数的异常、返回值和对状态变量的规范，形式验证规范具体包括：
对于函数(1)，规范要求函数当且仅当合约所有者未在正确的众筹项目发布流程调用时抛出异常；要求函数调用后，记录众筹项目信息的状态变量记录正确的数据，记录众筹项目状态的状态变量被设置为正确的初始值，其他状态变量保持不变；
所述的众筹项目信息的状态变量包括项目id、筹款接收机构、筹款目标金额、截止区块；所述的众筹项目状态的状态变量包括已筹集金额、筹款人的筹款资金、项目是否开放；
对于函数(2)，规范要求函数当且仅当合约所有者未在正确的众筹流程(比如在截止时间之后调用)调用函数管理众筹项目的状态时抛异常；要求函数调用后，记录众筹项目状态的状态变量得到正确的修改，其他无关字段和状态变量保持不变；
对于函数(3)，规范要求函数当且仅当众筹项目的参与者未在正确的众筹流程调用函数参与众筹时抛异常；要求函数调用后，记录众筹项目状态的状态变量得到正确的修改，其他无关字段和状态变量保持不变；
对于函数(4)，规范要求函数当筹款接收机构未在正确的众筹流程中提取筹款资金或在筹款关闭或在没有达到众筹目标金额时抛异常；要求函数调用后，筹集资金被转入筹款接收机构的账户，且所有账户转入转出资金一致，而其他无关字段和状态变量保持不变。
对于函数(5)，规范要求函数当且仅当调用者不是众筹参与者或众筹项目的参与者未在正确的众筹流程中调用时抛异常；要求函数调用后，每个众筹项目的参与者在众筹失败时退还筹款；该众筹项目的参与者在众筹合约项目中的筹款记录归零，资金被转入该众筹项目的参与者的账户，且所有账户转入转出资金一致；
对于函数(6)，规范要求函数当且仅当合约相关方未在正确的众筹流程中查看众筹项目状态、筹款记录、筹款去向时抛异常；要求函数调用后，众筹项目状态、筹款记录、筹款去向与众筹合约的实际信息一致。
3.利用步骤(2)中的形式验证规范对步骤(1)中的众筹智能合约进行形式验证，用于检查众筹智能合约的实现是否符合形式验证规范，若不符合则定位到合约中的错误代码并指明错误原因，若符合则安全，显示验证通过。
所述的形式验证规范根据智能合约中每个众筹相关函数的异常、返回值、所有者状态变量、众筹流程状态变量、众筹项目信息、众筹状态变量的流程状态使用Petri网络建立数学模型，利用定理证明器推导证明在相应条件下，相关数据被赋值为预期的参数，其他无关数据保持原值。
如图2所示，本发明的形式验证模型基于Petri网的顺序行为理论进行验证。圆圈代表Petri网中的库所，方框代表变迁，有向弧代表各个状态之间的转移。本发明形式验证模型的原理如下：
(1)start库所代表项目的开始。
(2)众筹项目筹备，确定众筹目标、筹款接收机构、截止时间等基本信息。
(3)项目发布库所，规范证明构建合约时，合约中的项目基本信息等状态变量与设置的项目相同。
(4)筹款人筹款，规范证明每笔筹款被记录在筹款人筹款信息中，筹款余额增加。
(5)项目截止库所，规范证明交易时间戳到达截止时间时，修饰器能够拦截参与者筹款操作。
(6)众筹成功转移，规范证明到达截止目标时，筹得金额大于筹款目标；规范证明，筹款接收机构提款时，转账返回的结果与规范相符，合约的开发状态为close。
(7)众筹失败转移，规范证明未到达截止目标时，筹得金额小于筹款目标；规范证明筹款者参与提款时，转账返回的结果与规范相符，记录筹款人筹款信息的表更新账目。
(8)项目结束库所。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种众筹智能合约的形式验证方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：
(1)定义众筹智能合约，用于实现按定义的流程和权限进行众筹项目的发起、筹款的收集和记录、退还筹款、提取筹款、筹款结束功能；所述的定义包括众筹项目和筹款记录的数据结构、状态变量、检查合约所有者和众筹流程的修饰器、众筹相关业务的公共函数；
(2)定义形式验证规范，用于描述众筹智能合约的功能，定义智能合约中每个众筹相关的函数的异常、返回值和对状态变量的规范。
(3)利用步骤(2)中的形式验证规范对步骤(1)中的众筹智能合约进行形式验证，用于检查众筹智能合约的实现是否符合形式验证规范，若不符合,则定位到合约中的错误代码并指明错误原因，若符合则安全，显示验证通过。
2.根据权利要求1所述的众筹智能合约的形式验证方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，
众筹项目的数据结构至少包括筹款接受机构、筹款目标、筹款截止时间、项目状态这四项数据；
筹款记录的数据结构至少包括筹款人与其对应的筹款金额、总筹集金额三项数据；
所述的状态变量为记录合约所有者、众筹项目流程、筹款人与其筹款记录；
所述的修饰器用于检查记录众筹项目是否达到截止时间、检查是否达到筹款目标金额、检查项目是否处于开放状态；
所述的公共函数包含：
(1)合约所有者能够在正确的众筹流程下发布众筹项目信息的函数；
(2)合约所有者能够在正确的众筹流程下管理众筹项目的状态的函数；
(3)众筹项目的参与者能够在正确的众筹流程中参与众筹并在合约中记录筹款相关信息的函数；
(4)筹款接收机构能够在正确的众筹流程中将筹款资金提走的函数；
(5)众筹项目的参与者在众筹失败时退还筹款的函数；
(6)合约相关方能够在正确的众筹流程中查看众筹项目状态、筹款记录、筹款去向的函数。
3.根据权利要求1所述的众筹智能合约的形式验证方法，其特征在于，所述的步骤(2)中的形式验证规范具体包括：
对于函数(1)，规范要求函数当且仅当合约所有者未在正确的众筹项目发布流程调用时抛出异常；要求函数调用后，记录众筹项目信息的状态变量记录正确的数据，记录众筹项目状态的状态变量被设置为正确的初始值，其他状态变量保持不变；
所述的记录众筹项目信息的状态变量包括项目id、筹款接收机构、筹款目标金额，截止区块；所述的众筹项目状态的状态变量包括已筹集金额、筹款人的筹款资金、项目是否开放；
对于函数(2)，规范要求函数当且仅当合约所有者未在正确的众筹流程调用函数管理众筹项目的状态时抛异常；要求函数调用后，记录众筹项目状态的状态变量得到正确的修改，其他无关字段和状态变量保持不变；
对于函数(3)，规范要求函数当且仅当众筹项目的参与者未在正确的众筹流程调用函数参与众筹时抛异常；要求函数调用后，记录众筹项目状态的状态变量得到正确的修改，其他无关字段和状态变量保持不变；
对于函数(4)，规范要求当函数筹款接收机构未在正确的众筹流程中提取筹款资金时或在筹款关闭或在没有达到众筹目标金额时抛异常；要求函数调用后，筹集资金被转入筹款接收机构的账户，且所有账户转入转出资金一致；
对于函数(5)，规范要求函数当且仅当调用者不是众筹参与者或众筹项目的参与者未在正确的众筹流程中调用时抛异常；要求函数调用后，每个众筹项目的参与者在众筹失败时退还筹款；该众筹项目的参与者在众筹合约项目中的筹款记录归零，资金被转入该众筹项目的参与者的账户，且所有账户转入转出资金一致；
对于函数(6)，规范要求函数当且仅当合约相关方未在正确的众筹流程中查看众筹项目状态、筹款记录、筹款去向时抛异常；要求函数调用后，众筹项目状态、筹款记录、筹款去向与众筹合约的实际信息一致。
4.根据权利要求1所述的众筹智能合约的形式验证方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，所述的形式验证规范根据智能合约中每个众筹相关函数的异常、返回值、所有者状态变量、众筹流程状态变量、众筹项目信息、众筹状态变量的流程状态使用Petri网络建立数学模型，利用定理证明器推导证明在相应条件下，相关数据被赋值为预期的参数，其他无关数据保持原值。
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