CN111191262A - 一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法 - Google Patents

一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法，涉及用户区块链钱包和私钥服务器，包括用户区块链钱包和私钥服务器初始化的过程，通过该过程用户区块链钱包获得私钥服务器的部分公钥，私钥服务器获得用户区块链钱包的初始部分公钥和初始链码；之后用户区块链钱包根据私钥服务器的部分公钥和本地部分私钥生成用户的第i个区块链地址，其中0≤i＜231；最后用户区块链钱包和私钥服务器根据两方签名协议，生成关于第i个区块链地址的数字签名；本发明融合了两方签名协议和区块链钱包的业界规范，降低了区块链钱包私钥泄露的风险，提升了区块链钱包客户端的安全性。

Description

一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法
技术领域
本发明涉及信息安全领域，尤其是区块链技术，特别涉及基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法。
背景技术
两方签名协议是特殊的门限签名协议。门限签名协议是基于门限秘密共享和数字签名构造的签名协议。门限签名协议中存在两个重要的参数：门限值t和由主密钥分成的子密钥的数目k。在(k,t)门限群签名中，k方共享密钥，任意大于等于t的共享方都可以对消息进行有效签名，小于t个共享方就无法生成有效签名。在这个意义上，两方签名可以看成(2,2)门限签名。两方签名协议能够实现将密钥分散存储在不同设备中，降低了私钥被攻击的风险，提升了私钥的安全性。
区块链交易中双方的地址来自于密钥对中的公钥，交易签名则通过密钥对中私钥生成，一个区块链钱包中可以保存多个密钥对。对于攻击者来说，只要得到相应钱包中的私钥就能盗取钱包中的钱。如果密钥对都保存在区块链钱包中，那么区块链钱包就成为安全攻击的焦点。例如，Lipovsky指出，在线银行的木乃伊病毒同样也能对区块链钱包进行盗取。
基于以上背景技术，本发明基于两方签名协议设计了一种区块链钱包客户端私钥保护方法，将两方签名应用于区块链钱包客户端中，区块链钱包仅存储部分私钥，其他的私钥部分存储在私钥服务器中，在整个交易过程中，不会出现完整的私钥，因此能够降低钱包客户端私钥被攻击的风险，有效保护私钥。
发明内容：
本发明公开了一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法，涉及用户区块链钱包和私钥服务器两个实体，包括以下步骤：
A)用户区块链钱包和私钥服务器初始化，用户区块链钱包获得私钥服务器的部分公钥pkBA，私钥服务器获得用户区块链钱包的初始部分公钥
Figure BDA0002344666560000011
和初始链码
Figure BDA0002344666560000012
B)用户区块链钱包根据私钥服务器的部分公钥pkBA和本地部分私钥
Figure BDA0002344666560000013
生成用户的第i个区块链地址，其中0≤i＜231；
C)用户区块链钱包和私钥服务器根据两方签名协议，生成关于第i个区块链地址的数字签名；
所述步骤A)包括以下子步骤：
A1)用户区块链钱包与私钥服务器通过TLS协议建立一个认证的安全通道；
A2)用户区块链钱包遵循BIP0044规范，生成一个初始部分私钥
Figure BDA0002344666560000021
和初始链码
Figure BDA0002344666560000022
并使用初始部分私钥计算初始部分公钥
Figure BDA0002344666560000023
A3)用户区块链钱包通过认证的安全通道发送
Figure BDA0002344666560000024
和
Figure BDA0002344666560000025
给私钥服务器；
A4)私钥服务器根据两方签名协议计算私钥服务器的部分公钥pkBA；
A5)私钥服务器通过认证的安全通道发送pkBA给用户区块链钱包；
A6)用户区块链钱包存储pkBA，私钥服务器存储
Figure BDA0002344666560000026
和
Figure BDA0002344666560000027
所述步骤B)包括以下子步骤：
B1)用户区块链钱包根据BIP0044规范计算第i个本地部分私钥
Figure BDA0002344666560000028
其中0≤i＜231；
B2)用户区块链钱包输入本地部分私钥
Figure BDA0002344666560000029
和私钥服务器公钥pkBA，根据两方签名协议，计算第i个区块链地址对应的公钥，并使用该公钥计算区块链地址；
所述步骤C)包括以下子步骤：
C1)用户区块链钱包生成交易数据M做为待签名数据；
C2)用户区块链钱包确定需要解锁的区块链地址的序号i；
C3)用户区块链钱包与私钥服务器根据两方签名协议的需要建立认证的安全通道；
C4)用户区块链钱包根据两方签名协议的需要向私钥服务器发送序号i，之后私钥服务器根据BIP0044标准，基于
Figure BDA00023446665600000210
和
Figure BDA00023446665600000211
计算第i个部分公钥
Figure BDA00023446665600000212
C5)用户区块链钱包与私钥服务器交换两方签名协议的消息，生成针对第i个区块链地址的数字签名。
当i≥231时，用户区块链钱包向私钥服务器发送更新的部分公钥和链码，包括以下子步骤：
D1)用户区块链钱包检查到i≥231时，按照BIP0044规范，生成更新的部分公钥和链码；
D2)用户区块链钱包与私钥服务器建立认证的安全通道；
D3)用户区块链钱包向私钥服务器发送更新的部分公钥和链码，并设置i为0；
D4)私钥服务器存储部分公钥和链码，替换
Figure BDA00023446665600000213
和
Figure BDA00023446665600000214
通过本发明，区块链钱包客户端可以执行业界规范BIP0044，同时可以进行两方签名，解决了当前缺少两种技术具体融合方法的现状，可以充分发挥两方签名协议的优势，降低区块链钱包被攻击的风险，提升区块链钱包的安全性。
附图说明：
图1为本发明的主要步骤框架图。
具体实施方式：
为了便于清楚理解本发明的目的、技术方案及优点，下面将参照附图及实施例对发明进行更详尽的描述。应当了解，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限定于本文提出的实施例，本发明的实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻全面便于理解。
实施例一：
本发明提出了一种基于两方签名的区块链客户端私钥保护方法，设定区块链钱包客户端为Alice，私钥服务器为Bob，设定两方签名协议为潘金昌等人的发明专利中所陈述的两方签名协议，该专利名称为“SM2算法协同签名及解密方法、装置及系统”。
A)Alice和Bob初始化，Alice获得Bob的部分公钥pkBA，Bob获得Alice的初始部分公钥
Figure BDA0002344666560000031
和初始链码
Figure BDA0002344666560000032
A1)Alice与Bob通过TLS协议建立一个认证的安全通道；
A2)Alice遵循BIP0044规范，生成路径“m/44/0/0/0/0”对应的初始部分私钥
Figure BDA0002344666560000033
和初始链码
Figure BDA0002344666560000034
并使用初始部分私钥计算初始部分公钥
Figure BDA0002344666560000035
其中
Figure BDA0002344666560000036
其中P是所述专利中椭圆曲线E上n阶的基点，n为整数；
A3)Alice通过认证的安全通道发送
Figure BDA0002344666560000037
和
Figure BDA0002344666560000038
给Bob；
A4)根据所述专利中的两方签名协议，Bob从整数集合{1,…,n-1}中随机选择一个数做为skBA，计算Bob的部分公钥pkBA＝skBAP；
A5)Bob通过认证的安全通道发送pkBA给Alice；
A6)Alice存储pkBA，Bob存储
Figure BDA0002344666560000039
B)Alice根据Bob的部分公钥pkBA和本地部分私钥
Figure BDA00023446665600000310
生成第i个区块链地址，其中0≤i＜231；
B1)Alice根据BIP0044规范计算路径“m/44/0/0/0/i”所对应的第i个本地部分私钥
Figure BDA00023446665600000311
其中0≤i＜231；
B2)Alice输入本地部分私钥
Figure BDA00023446665600000312
和私钥服务器公钥pkBA，计算第i个区块链地址对应的公钥
Figure BDA0002344666560000041
并使用该公钥计算区块链地址，例如在比特币区块链中计算
Figure BDA0002344666560000042
Figure BDA0002344666560000043
为区块链地址；
C)Alice和Bob根据两方签名协议，生成关于第i个区块链地址的数字签名；
这一操作发生在Alice希望花费第i个区块链地址锁定的金额时发生。在没有两方签名时，Alice使用本地对应私钥直接生成数字签名。在使用两方签名时，需要与Bob执行两方签名协议，生成数字签名。根据上述专利中的两方签名协议，该过程实施如下：
C1)Alice生成交易数据M做为待签名数据；
C2)Alice确定需要解锁的区块链地址的序号i；
C3)按照所述专利文件的两方签名协议，Alice选择一个随机数kA，随机数的范围为{1，…，n-1}，并计算临时参数RA＝kAP和RA′kApkBA，其中pkBA是本地存储的Bob的公钥分量，计算完成后发送序号i，RA和RA′给Bob；
C4)Bob根据BIP0044标准，基于
Figure BDA0002344666560000044
计算第i个部分公钥
Figure BDA0002344666560000045
C5)按照所述专利文件的两方签名协议，Bob使用私钥分量skBA对RA进行验证，验证方式为RA＝dBA·RA′，验证失败则退出签名。Bob选择一个随机数kB，范围为{1，…，n-1}，计算临时参数
Figure BDA0002344666560000046
RB′＝kB·P，并发送RB、RB′给Alice；
C6)按照所述专利文件的两方签名协议，Alice对RB进行验证，验证方式为RB＝dA·RB′，如果验证失败则退出协议，否则计算椭圆曲线群元素R′＝RA+RB。定义结果R′＝(xA，yA)，可以通过R′计算数字签名的一部分：r＝H(ZA||M)+xA mod n和
Figure BDA0002344666560000047
其中ZA表示用户区块链钱包客户端的身份标识，||表示拼接，H()表示安全的哈希函数，之后把s′发送给Bob；
C7)按照所述专利文件的两方签名协议，Bob使用随机数kB和收到的s′计算
Figure BDA0002344666560000048
并发送t给Alice；
C8)按照所述专利文件的两方签名协议，Alice收到t后，计算s＝t-r合成SM2数字签名(r，s)，生成针对第i个区块链地址的数字签名。
当i≥231时，Alice向私钥服务器发送更新的部分公钥和链码，包含以下步骤：
D1)Alice检查到i≥231时，按照BIP0044规范，生成更新的部分公钥和链码；
D2)Alice与Bob建立认证的安全通道；
D3)Alice向Bob发送更新的部分公钥和链码，并设置i为0；
D4)Bob存储部分公钥和链码，替换
Figure BDA0002344666560000051
实施例二：
实施例二中设定两方签名协议为何德彪等人的论文中所陈述的两方签名协议，该论文名称为“A Provable-Secure and Practical Two-Party Distributed SigningProtocol for SM2 Signature Algorithm”，发表在期刊《Frontiers of ComputerScience》，2019年12月19日在线发表。
A)Alice和Bob初始化，Alice获得Bob的部分公钥pkBA，Bob获得Alice的初始部分公钥
Figure BDA0002344666560000052
和初始链码
Figure BDA0002344666560000053
A1)Alice与Bob通过TLS协议建立一个认证的安全通道；
A2)Alice遵循BIP0044规范，生成路径“m/44/0/0/0/0”对应的初始部分私钥
Figure BDA0002344666560000054
和初始链码
Figure BDA0002344666560000055
并使用初始部分私钥计算初始部分公钥
Figure BDA0002344666560000056
其中
Figure BDA0002344666560000057
其中P是所述专利中椭圆曲线E上n阶的基点，n为整数；
A3)Alice通过认证的安全通道发送
Figure BDA0002344666560000058
和
Figure BDA0002344666560000059
和所述论文中与部分公钥无关的其它参数给Bob；
A4)根据所述论文中的两方签名协议，Bob从整数集合{1,…,n-1}中随机选择一个数做为skBA，计算Bob的部分公钥pkBA＝skBAP；
A5)Bob通过认证的安全通道发送pkBA和所述论文中与部分公钥无关的其它参数给Alice；
A6)Alice存储pkBA及所述论文中要求的其它参数，Bob存储
Figure BDA00023446665600000510
B)Alice根据Bob的部分公钥pkBA和本地部分私钥
Figure BDA00023446665600000511
生成第i个区块链地址，其中0≤i＜231；
B1)Alice根据BIP0044规范计算路径“m/44/0/0/0/i”所对应的第i个本地部分私钥
Figure BDA00023446665600000512
其中0≤i＜231；
B2)Alice输入本地部分私钥
Figure BDA0002344666560000061
和私钥服务器公钥pkBA，计算第i个区块链地址对应的公钥
Figure BDA0002344666560000062
并使用该公钥计算区块链地址，例如在比特币区块链中计算
Figure BDA0002344666560000063
Figure BDA0002344666560000064
为区块链地址；
C)Alice和Bob根据两方签名协议，生成关于第i个区块链地址的数字签名；
这一操作发生在Alice希望花费第i个区块链地址锁定的金额时发生。在没有两方签名时，Alice使用本地对应私钥直接生成数字签名。在使用两方签名时，需要与Bob执行两方签名协议，生成数字签名。根据上述论文中的两方签名协议，该过程实施如下：
C1)Alice生成交易数据M做为待签名数据；
C2)Alice与Bob根据所述论文传输两方签名的消息，生成数字签名，签名过程中Alice使用第i个区块的地址对应的部分私钥计算。

Claims (4)

1.一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法，涉及用户区块链钱包和私钥服务器两个实体，其特征在于包括以下步骤：
A)用户区块链钱包和私钥服务器初始化，用户区块链钱包获得私钥服务器的部分公钥pkBA，私钥服务器获得用户区块链钱包的初始部分公钥
Figure FDA0002344666550000011
和初始链码
Figure FDA0002344666550000012
B)用户区块链钱包根据私钥服务器的部分公钥pkBA和本地部分私钥
Figure FDA0002344666550000013
生成用户的第i个区块链地址，其中0≤i＜231；
C)用户区块链钱包和私钥服务器根据两方签名协议，生成关于第i个区块链地址的数字签名。
2.根据权利要求1所述一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法，其特征在于，所述步骤A)包括以下子步骤：
A1)用户区块链钱包与私钥服务器通过TLS协议建立一个认证的安全通道；
A2)用户区块链钱包遵循BIP0044规范，生成一个初始部分私钥
Figure FDA0002344666550000014
和初始链码
Figure FDA0002344666550000015
并使用初始部分私钥计算初始部分公钥
Figure FDA0002344666550000016
A3)用户区块链钱包通过认证的安全通道发送
Figure FDA0002344666550000017
和
Figure FDA0002344666550000018
给私钥服务器；
A4)私钥服务器根据两方签名协议计算私钥服务器的部分公钥pkBA；
A5)私钥服务器通过认证的安全通道发送pkBA给用户区块链钱包；
A6)用户区块链钱包存储pkBA，私钥服务器存储
Figure FDA0002344666550000019
和
Figure FDA00023446665500000110
3.根据权利要求1所述一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法，其特征在于，所述步骤B)包括以下子步骤：
B1)用户区块链钱包根据BIP0044规范计算第i个本地部分私钥
Figure FDA00023446665500000111
其中0≤i＜231；
B2)用户区块链钱包输入本地部分私钥
Figure FDA00023446665500000112
和私钥服务器公钥pkBA，根据两方签名协议，计算第i个区块链地址对应的公钥，并使用该公钥计算区块链地址。
4.根据权利要求1所述一种基于两方签名的区块链钱包客户端私钥保护方法，其特征在于，所述步骤C)包括以下子步骤：
C1)用户区块链钱包生成交易数据M做为待签名数据；
C2)用户区块链钱包确定需要解锁的区块链地址的序号i；
C3)用户区块链钱包与私钥服务器根据两方签名协议的需要建立认证的安全通道；
C4)用户区块链钱包根据两方签名协议的需要向私钥服务器发送序号i，之后私钥服务器根据BIP0044标准，基于
Figure FDA0002344666550000021
和
Figure FDA0002344666550000022
计算第i个部分公钥
Figure FDA0002344666550000023
C5)用户区块链钱包与私钥服务器交换两方签名协议的消息，生成针对第i个区块链地址的数字签名。
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