CN111582843A

CN111582843A - 一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法

Info

Publication number: CN111582843A
Application number: CN202010264759.6A
Authority: CN
Inventors: 臧铖; 陈嘉俊; 龚相华
Original assignee: China Zheshang Bank Co Ltd
Current assignee: China Zheshang Bank Co Ltd
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明公开了一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，区块链平台使用者向隐私交易相关参与方节点发起一笔隐私交易，随后该节点负责将隐私交易同步到所有指定的参与方节点后，在这几个节点之间进行共识，共识结束后，参数方节点在自身的隐私账本中记录下隐私交易。本发明隐私交易方法弥补了当前区块链系统中隐私需求的空缺，应用层面使得隐私交易参与方的共识从全节点共识中独立出来，而且技术上通过聚合签名提高了传统PBFT的共识效率，提升了区块链的使用价值。

Description

一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法

技术领域

本发明涉及区块链共识技术，联盟区块链隐私交易，以及聚合签名，尤其涉及一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法。

背景技术

PBFT是Practical Byzantine Fault Tolerance的缩写，意为实用拜占庭容错算法。该算法是Miguel Castro(卡斯特罗)和Barbara Liskov(利斯科夫)在1999年提出来的，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，将算法复杂度由指数级降低到多项式级，使得拜占庭容错算法在实际系统应用中变得可行。

聚合签名的基本形式为对于一个(k,n)-聚合签名方案，假定存在一个公钥，而n个签名者每人都拥有自己的私钥(分片)。只要其中至少k个签名者对消息进行部分签名，那么由这k个部分签名可以导出对消息的完整签名，并且这个完整签名可以由公钥来验签。通过聚合签名，可以安全又简单的实现原子交换。聚合签名本质是一个签名的偏移量，一旦与真实的签名进行组合，即可计算出签名所用的私钥。聚合签名的可信度可以进行验证，同时又无需暴露任何信息。聚合签名可以保证原子交换的原子性，又可以保证交易双方的安全。

区块链隐私交易不同于普通交易，该交易只在指定的参与方之间进行共识，不希望暴露交易信息在全网中，一般的区块链隐私交易处理过程通过参与方节点共识交易数据，其他非参与节点共识交易hash的方式执行隐私数据上链。这样做的问题是仍旧需要涉及全部节点的共识参与，而且也暴露了部分交易信息，没有做到完全的隐私，同时传统PBFT共识算法的时间复杂度为o(n2)，限制了系统交易的吞吐量，不利于系统扩展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，可以保证相关参与方的交易完全隐私化，并且能够减少传统BFT协议时间复杂度，增加其实用性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，该方法包括以下步骤：

S1：客户端先向隐私交易参与方中的某一节点发送交易，并在交易中增加自身的私钥签名以及公钥证书。

S2：当该隐私交易参与方节点收到隐私交易后，检查签名正确性和公钥正确性，检查通过后，同步该隐私交易到其本地存储的参与方列表的其他参与方节点，之后执行S3；否则返回错误消息给客户端。

S3：该隐私交易所有的参与方节点分别用自身私钥对隐私交易hash进行聚合签名，并将该聚合签名的签名碎片和隐私交易hash转发到隐私交易主节点。

S4：主节点收到足够多的聚合签名后，将签名碎片组合成完整签名，通过该完整签名对隐私交易hash进行验证，验证通过后执行S5。

S5：进行基于聚合签名的PBFT三阶段共识：

S501：主节点将准备消息广播给参与方节点；

S502：参与方节点收到主节点的准备消息后，对准备消息进行签名验证，验证通过后对准备消息进行再一次聚合签名，参与方节点将聚合签名后的准备消息提交给主节点；

S503：主节点收到足够多的准备消息的签名碎片后，将签名碎片组合成完整签名，通过该完整签名对准备消息进行签名验证，验证通过后广播确认消息给参与方节点；

S504：参与方节点收到主节点的确认消息后，对确认消息进行签名验证，验证通过后对确认消息进行再一次聚合签名，参与方节点将聚合签名后的确认消息提交给主节点；

S505：主节点收到足够多的确认消息的签名碎片后，将签名碎片组合成完整签名，通过该完整签名对确认消息进行签名验证，验证通过后广播提交消息给参与方节点；

S506：参与方节点收到主节点的提交消息后，对提交消息进行签名验证，验证通过后执行该隐私交易，并将隐私交易存储到该节点的区块链隐私交易域中，完成本次隐私交易。

进一步地，某个隐私交易的所有参与方节点均共享一份参与方列表，具体为：每个参与方节点均在本地存有一份具有该隐私交易权限的相同的参与方列表。

进一步地，按顺序轮询选择参与方列表中的参与方节点。

进一步地，发起交易的客户端可以是应用软件或者浏览器，其需要一定的发起交易权限，由指定机构发布的证书保证。

进一步地，当隐私交易主节点出现异常或者任期结束时，发起主节点迁移流程，由该隐私交易的其他参与方节点重新选举产生新的主节点。

进一步地，主节点收到2f+1个聚合签名后，其中f为隐私交易共识参与方容错个数，将签名进行组合并对交易hash进行验证。

本发明的有益效果是：本发明提出的基于聚合签名的区块链隐私交易方法不需要全部节点对交易进行共识，隐私交易只需在参与方节点间进行共识，保证了交易的隐私性，并且在共识部分采用聚合签名的方式降低了BFT算法的通信复杂度，提升了BFT协议的性能，增加了其实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于聚合签名的区块链隐私交易方法流程图；

图2为基于聚合签名的隐私交易主节点迁移共识过程。

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，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本申请提出一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，区块链平台使用者向隐私交易相关参与方节点发起一笔隐私交易，随后该节点负责将隐私交易同步到所有指定的参与方节点后，会在这几个节点(包括发起方节点和参与方节点)之间进行共识，共识结束后，参数方节点会在自身的隐私账本中记录下隐私交易。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S1：客户端先向隐私交易参与方中的某一节点i发送交易，并在交易中增加自身的私钥签名以及公钥证书；

发起交易的客户端可以是应用软件或者浏览器，不过需要一定的发起交易权限，由指定机构发布的证书保证；

可以在区块链平台中定义一套隐私交易专用的接口，区块链平台使用者通过调用该接口向隐私交易相关参与方节点发起隐私交易；

某个隐私交易的所有参与方节点均共享一份参与方列表，具体为：每个参与方节点均在本地存有一份具有该隐私交易权限的相同的参与方列表；

按顺序轮询选择参与方列表中的参与方节点。

S2：当隐私交易参与方节点i收到隐私交易后，检查签名正确性和公钥正确性，检查通过后，同步该隐私交易到其本地存储的参与方列表的其他参与方节点，之后执行S3；否则返回错误消息给客户端。

S3：该隐私交易所有的参与方节点分别用自身私钥对隐私交易hash进行聚合签名，并将该聚合签名的签名碎片和隐私交易hash转发到隐私交易主节点；

隐私交易主节点默认为发起方节点，当隐私交易主节点出现异常或者任期结束时，会发起主节点迁移流程，由该隐私交易的其他参与方节点重新选举产生新的主节点。

S4：主节点收到足够多的聚合签名后，将签名碎片组合成完整签名，通过该完整签名对隐私交易hash进行验证，验证通过后执行S5；

一般地，主节点收到2f+1个聚合签名后，其中f为隐私交易共识参与方容错个数，将签名进行组合并对交易hash进行验证。

S5：进行基于聚合签名的PBFT三阶段共识：

S501：主节点将准备消息广播给参与方节点；

以下给出本申请的一个具体示例，该示例的实现过程如下：

S1：客户端首先生成隐私交易：例如用户A向用户B发送一笔金额为v的转账，转账后双方账户状态明文为A’、B’，此时链上存储的为用户A和B的密码学承诺CA、CB。A生成v的密码学承诺CV，A更新后的状态C’A。生成交易体之后，广播至区块链网络；

S2：当主节点收到隐私交易后，检查签名正确性和公钥正确性，检查通过后同步消息到其他参与方节点；否则返回错误消息给客户端；

后续由主节点来主导进行后续共识过程，参照图2：

正常情况下我们可以用(2f+1,N)聚合签名来代替2f+1个来自不同节点的消息，然后把PBFT消息广播的复杂度降到O(N)。具体的方法是，当收到区块B的时候，每个隐私参与方节点发一个(2f+1,N)聚合签名的碎片给隐私交易主节点，然后，隐私交易主节点将这些碎片聚合成一个完整的签名并且广播出去，于是，所有节点都可以通过验证这个签名，来判断是不是有2f+1个节点收到了并且确认了这条消息。

于是，支持主节点迁移和O(N)复杂度的隐私交易共识流程如下：

主节点广播准备消息，每个参与方节点收到后，用(2f+1,N)聚合签名签署准备消息发给主节点；之后，主节点聚合成完整签名之后广播确认消息，每个参与方节点收到之后，用(2f+1,N)聚合签名签署确认消息之后再发给主节点；最后，主点聚合成完整签名之后广播提交消息，每个节点收到之后，用(2f+1,N)聚合签名签署提交消息之后再发给主节点，主节点收到之后聚合再广播，每个节点验证签名之后执行交易。

同样的，当需要隐私交易主节点轮换的时候，每个节点也用(2f+1,N)聚合签名签署一个节点轮换请求，然后新的出块节点聚合这些请求并且包含在新的区块之中。其它参与方节点在接收到准备消息后，验证其合法性并进行如下确认：

准备阶段：主节点广播准备消息，每个参与方节点收到后，对准备消息进行投票。

确认阶段：在主节点收到足够多的投票后，主节点向所有节点广播确认消息，向其他参与方节点表明足够多的节点确认了此次状态迁移的要求。

提交阶段：其它节点对确认消息进行投票。在收到足够多的投票后，主节点向所有节点广播提交消息。此时，收到提交消息的节点可以锁定当前状态迁移要求以便即使视图切换也可以顺利达成共识。

迁移阶段：如果发生主节点迁移，在上述三阶段共识基础上，其它参与方节点对提交消息进行投票。在主节点收到足够多的投票后，主节点向所有节点广播迁移消息。参与方节点收到迁移消息后将执行状态迁移，并开始新的视图。

通过本发明提供的方法，在不影响区块链信任机制的基础上，有效提升隐私交易共识效率，改善客户体验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S5：进行基于聚合签名的PBFT三阶段共识：

S501：主节点将准备消息广播给参与方节点；

2.根据权利要求1所述的一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，其特征在于，某个隐私交易的所有参与方节点均共享一份参与方列表，具体为：每个参与方节点均在本地存有一份具有该隐私交易权限的相同的参与方列表。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，其特征在于，按顺序轮询选择参与方列表中的参与方节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，其特征在于，发起交易的客户端可以是应用软件或者浏览器，其需要一定的发起交易权限，由指定机构发布的证书保证。

5.根据权利要求1所述的一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，其特征在于，当隐私交易主节点出现异常或者任期结束时，发起主节点迁移流程，由该隐私交易的其他参与方节点重新选举产生新的主节点。

6.根据权利要求1所述的一种基于聚合签名的区块链隐私交易方法，其特征在于，主节点收到2f+1个聚合签名后，其中f为隐私交易共识参与方容错个数，将签名进行组合并对交易hash进行验证。