CN111859422A - 一种基于区块链的数字资产存证系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于区块链的数字资产存证方法，包括以下步骤：用户验证节点并登陆；对原始文件进行加密；选择IPFS系统中活跃、出问题次数少的节点作为存证节点；向选中的存证节点分发文件分片，IPFS系统返回相应的Hash值；调用智能合约，将文件的元数据和加密后进行Hash函数计算得到的指纹数据存放入区块链中；通过PoA共识算法筛选出用于记账的主节点，由它负责区块的生成和交易数据的打包工作然后广播、同步；需鉴权时，授权鉴定机构访问原始文件和区块链上已存证的历史数据，验证数据是否被修改。该存证方法利用区块链技术将存证文件基于区块链保存，同时避免了区块链的臃肿，保证上传文件的保密性，取证也更容易和直接。
Description
技术领域
本发明涉及一种存证技术，具体的说，涉及了一种基于区块链的数字资产存证方法和一种存证系统。
背景技术
近年来版权纠纷、数据被盗、恶意篡改等事件给企业造成了很大的困扰，究其原因，与其存证意识淡薄是密不可分的。而普通存证只是将数字资产以备份的形式存放在中心化的服务器，这种方式具有存证机构少、防篡改能力弱、证据效力低等缺点。按照法律规定，单一或部分电子证据远远不能支撑整个案件的判定，所以亟需一种新的存证方式打破传统壁垒。
基于区块链的数字资产存证系统对以上问题的解决提供了一种思路，该系统的底层架构整合了哈希加密、共识机制以及去中心化存储等多种技术，其中共识机制和中心化存储是普通存证区别于区块链存证最明显的标志。
但是目前的存证方案存在弊端，如借助HTTP中心化服务器进行存证的方式，虽依赖于区块链技术，但是服务器在性能上、网速上和安全性上仍然存在崩溃的可能；存证文件涉及隐私的，直接广播至区块链上易导致隐私泄露；第三方鉴权机构未在区块链上，对于区块链整体的信任度不高等问题。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种存储性能更优、不易崩溃、避免存证文件公开、提高存证文件信任度的基于区块链的数字资产存证方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于区块链的数字资产存证方法，由凭证管理中心（CA）、司法鉴定机构、审计、公证以及仲裁机构组建联盟链，由存证人作为用户进行存证，包括以下步骤：
1）用户验证节点，对提交节点进行身份认证，认证通过后登陆；
2）使用非对称加密算法对原始文件进行加密；
3）选择IPFS系统中活跃、出问题次数少的节点作为存证节点；
4）向选中的存证节点分发文件分片，IPFS系统返回相应的Hash值，以备上链；
5）PoA共识算法筛选出用于记账的主节点，由它负责区块的生成和存证数据的打包工作；
6）打包完成后，由主节点将该事件广播，其它节点同步该区块数据；
7）调用智能合约，将文件加密后进行Hash函数计算得到的指纹数据存放入区块链中；
8）需鉴权时，从IPFS系统下载分片文件并还原，授权鉴定机构访问原始文件，并对其进行相同的哈希运算，授权鉴定机构对比原始文件的哈希指纹和区块链上已存证的历史数据，验证数据是否被修改。
基上所述，步骤2）和步骤3）中，原始文件通过以下步骤进行加密和存证：
a）由用户选择对数字资产加密与否；
b）如果不加密，直接将原始文件的 Hash 值记录到账本中；
c）如果加密，使用 GPG 提供的 RSA 公开密钥加密算法对数字资产进行加密；
d）将加密文件上传至 IPFS 系统，由它把文件分割存放在参与的多个存证节点中，并向 Web 前端返回基于文件内容生成的哈希值；
e）将上述得到的哈希值指纹数据保全在区块链的文档型记账本中。
基上所述，步骤5）中，智能合约运行在区块链的 EVM 中，智能合约从生成到被调用的调用过程包括以下步骤：
a）加载 Web3，为 Web 前端与区块链网络的交互提供 JSON.RPCAPI；
b）用 Solidity 语言对能实现哈希指纹上链等功能的智能合约进行编程；
c）选择是否使用在线编译的方式编译智能合约，一种选择是 Remix ide 提供的在线编译，另外一种使在 Geth 客户端中安装 Solc 编译器；
d）编译创建的字节码被当作交易数据向空地址发送，生成合约地址，等待外部事务调用。
基上所述，步骤6）和7）中，区块的生成和上链过程通过以下步骤实现：
a）用户发起一笔交易，该交易会被广播到网络中的其他参与节点，并缓存到各自的交易池（TxPool）中；
b）每个节点都会对交易池中交易数据的签名进行有效性验证，如果有效则调用虚拟机执行交易，此时会返回一个交易列表和交易回执，否则抛弃这笔交易；
c）由通过 PoA 共识机制筛选出的主节点进行交易的排序和打包，没有记账权的等待下一轮挖矿开启；
d）区块被成功挖到并打包好所有的交易之后，由主节点将该事件进行广播；
e）收到广播的节点会对区块数据进行同步；
f）把前一区块的 Hash 值存放到本区块头中，形成一个由散列值构成的链式结构，即区块链。
基上所述，步骤8）中，包括一授权访问功能模块，由存证用户授权鉴定机构查看文件信息，其它节点没有查看权限。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用IPFS系统存证，将存证文件分片保存，避免了中心化服务器存证出现的服务器不稳定的问题和网络性能问题；对存证文件预先加密之后再分片上传，可以防止任何获得哈希指纹的人从IPFS系统中提取原始文件并查看内容，而加密的私钥可以作为授权文件，由存证用户授权给第三方，供其查看文件信息；上链的数据包括文件的元数据和加密后的哈希指纹数据，两个数据相叠加，能够最大化的保证文件的一致性；由凭证管理中心（CA）、司法鉴定机构、审计、公证以及仲裁机构组件联盟链，相互之间的认同度更高，辅以区块链自身的安全性，能够将区块链存证的优势发挥到最大；存证文件仅放在较活跃、较稳定的几个节点上，提高文件存放的安全性，采用本方法进行区块链存证，能够解决执法过程中，取证困难、公信力不足的痛点问题，同时能够保证证据不容易被篡改，且用户隐私也得到保护，既能够保证证据的完整和安全性，也能够保护存证人的私密信息不被其它节点用户轻易盗用，可服务于各种数字资产从产生到存储再到利用的整个过程。
附图说明
图1是本发明中基于区块链的数字资产存证系统的模块组成图。
图2是本发明中基于区块链的数字资产存证系统的底层架构图。
图3是本发明中基于区块链的数字资产存证系统的上层架构图。
图4是本发明中基于区块链的数字资产存证方法的总体流程图。
图5是本发明中文件加密和传输的流程图。
图6是本发明中文件授权访问过程的流程图。
图7是本发明中调用智能合约的过程图。
图8是本发明中区块生成的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-图3所示，一种基于区块链的数字资产存证方法，由凭证管理中心（CA）、司法鉴定机构、审计、公证以及仲裁机构组建联盟链，由存证人作为用户进行存证，它是基于数字资产存证系统的，存证对象面向各类数字资产，包括图片、音频视频、电子合同、电子发票、电子邮件、版权等。
该系统包括节点管理子系统、文件传输子系统、区块链子系统和文件管理子系统，其中，节点管理子系统分为CA认证、节点删除和节点添加三个子功能模块，本存证应用使用的联盟链是一种授权区块链，节点的加入和删除都要经过授权节点的投票。文件传输子系统包括文件加密模块，选择 RSA 非对称加密算法或 AES 对称加密算法对文件进行加密，保证在文件传输的过程中只有目标用户能看查看。区块链子系统主要实现的功能是对存证文件进行保全，整个过程需要调用智能合约。文件管理包括文件加密、文件上传、文件查看、文件下载、文件比对等功能模块。
系统的底层架构设计基于区块链的6层架构，自下而上分别是数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层。
（1）第一层是数据层。数据层封装了可信数字资产存证的所有信息，包括元数据、账户信息和数据指纹信息和交易信息等。
（2）第二层是网络层。网络层封装了 P2P 组网机制、数据传播机制和数据验证机制等，以实现不同节点之间区块数据的同步与验证。
（3）第三层是共识层。基于区块链的应用本质是一种由多个节点同时运行的 DApp（去中心化应用），单个节点生成的结果需要经过全网节点确认才能被打包进链。基于区块链的可信数字资产存证系统同样符合去中心化应用的特点，并选择改进的 PoA 机制作为共识标准。
（4）第四层是激励层，激励层包括 Token 发行机制和 Token 分配机制，通过经济手段，奖励那些参与记账的节点，维护网络的正常运行。
（5）第五层是合约层，该层封装了资产固定、身份认证、审计追踪等，使一些指令自动执行，实现我们想要的功能。
（6）最后一层是应用层，这一层被用来对外提供基于区块链的各种应用，包括账户注册和登录、账户管理、数字资产的存证和鉴权等。
如图4所示，该系统的运行流程包括以下步骤：
1）用户验证节点，对提交节点进行身份认证，认证通过后登陆。
该部分功能由用户管理子系统完成，用户管理子系统用于用户的注册和登录，将用户的注册信息和能够代表其身份的DID共同存储于区块链中，实现用户身份的自主验证。
2）使用非对称加密算法对原始文件进行加密。
这一功能由文件加密功能模块完成，如图5所示，具体包括以下细分步骤：
a）由用户选择对数字资产加密与否；
b）如果不加密，直接将原始文件的 Hash 值记录到账本中；
c）如果加密，使用 GPG 提供的 RSA 公开密钥加密算法对数字资产进行加密；
d）将加密文件上传至 IPFS 系统，由它把文件分割存放在参与的多个存证节点中，并向 Web 前端返回基于文件内容生成的哈希值；
e）将上述得到的哈希值指纹数据保全在区块链的文档型记账本中。
3）选择IPFS系统中活跃、出问题次数少的节点作为存证节点。
4）向选中的存证节点分发文件分片，IPFS系统返回相应的Hash值，以备上链。
这两个步骤的功能由文件传输子系统完成，传输子系统包括所述的文件加密功能模块，是为了防止任何获取到哈希指纹的人都有可能从 IPFS 系统中提取出原始文件，为了防止以上事件的发生，就必须在文件被分片之前对它实施安全处理，在这种情况下即使有人得到了文件的 Hash 值，也难以提取到有用的价值。
5）PoA共识算法筛选出用于记账的主节点，由它负责区块的生成和存证数据的打包工作。
6）打包完成后，由主节点将该事件广播，其它节点同步该区块数据。
步骤5）和6）中，区块的生成和上链过程依赖于区块生成模块，如图8所示，通过以下步骤实现：
a）用户发起一笔交易，该交易会被广播到网络中的其他参与节点，并缓存到各自的交易池（TxPool）中；
b）每个节点都会对交易池中交易数据的签名进行有效性验证，如果有效则调用虚拟机执行交易，此时会返回一个交易列表和交易回执，否则抛弃这笔交易；
c）由通过 PoA 共识机制筛选出的主节点进行交易的排序和打包，没有记账权的等待下一轮挖矿开启；
d）区块被成功挖到并打包好所有的交易之后，由主节点将该事件进行广播；
e）收到广播的节点会对区块数据进行同步；
f）把前一区块的 Hash 值存放到本区块头中，形成一个由散列值构成的链式结构，即区块链。
7）调用智能合约，将文件的元数据和加密后进行Hash函数计算得到的指纹数据存放入区块链中。
这一功能的实现依赖于智能合约调用模块，智能合约运行在区块链的 EVM 中，如图7所示，智能合约从生成到被调用的调用过程包括以下步骤：
a）加载 Web3，为 Web 前端与区块链网络的交互提供 JSON.RPCAPI；
b）用 Solidity 语言对能实现哈希指纹上链等功能的智能合约进行编程；
c）选择是否使用在线编译的方式编译智能合约，一种选择是 Remix ide 提供的在线编译，另外一种使在 Geth 客户端中安装 Solc 编译器；
d）编译创建的字节码被当作交易数据向空地址发送，生成合约地址，等待外部事务调用。
8）需鉴权时，从IPFS系统下载分片文件并还原，授权鉴定机构访问原始文件，并对其进行相同的哈希运算，授权鉴定机构对比原始数据的哈希指纹和区块链上已存证的历史数据，验证数据是否被修改。该功能的实现依赖于文件传输子系统，它被设计的初衷是让存证用户授权第三方查看文件信息，而其他用户是没有权限查看的。通过这种方式，能够很好的保护自己的隐私不被泄露，同时也可以安全地与他人分享，主要由存证用户授权鉴定机构查看文件信息，其它节点没有查看权限。
文件授权是对文件加密功能的延伸，其主要作用是保证数据传输的安全，同时只允许授权节点访问文件内容，其他节点未经许可是不能查看的，如图6所示，通常包括以下步骤：
a）存证用户从 CA 中心获取被授权者的公钥（以 pubkey.asc 的加密形式存在）；
b）存证用户使用被授权者的公钥对存证文件进行加密；
c）被授权者接收到已加密的存证文件；
d）被授权者使用自己的私钥对问价进行解密；
e）被授权者可以查看原始文件内容。
其中需要用到区块的共识模块，区块共识的核心作用是产生区块和验证区块，目前有多重共识机制可以选择，但挑选记账节点的方式各有不同。本系统采用PoA（ProofofAuthority，授权证明机制），该机制是以太坊测试网 Rinkeby 正在使用的共识机制，原理也十分简单，即由已授权节点(signers)负责区块的挖掘和验证工作。
最后，总结整个数字资产管理子系统的各个功能模块的运行流程，包括以下步骤：
1）存证用户把需要存证的文件进行上传；
2）文件被 IPFS 系统分割存储到多个性能优越的节点中；
3）返回文件内容的哈希指纹，和存证用户的签名信息一起固定到区块链上；
4）区块链网络上的授权节点对验证通过的区块数据进行同步；
5）上传者通过生成的哈希指纹能够查看或下载文件；
6）司法鉴定机构为存证用户提供法律援助，检索已存证的区块链数据；
7）存证用户授权联盟链上的某一节点查看文件原始数据；
8）被授权者对比原始数据的哈希指纹和区块链上已存证的历史数据；
9）比对成功则证明该存证文件未被篡改，司法鉴定机构可据此可出具司法鉴定报告，一旦存证用户遇到版权纠纷、数字资产造到篡改等事件的发生，该报告就可作为证据交由互联网法院等权威机构审定并做出最终裁决。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种基于区块链的数字资产存证方法，其特征在于：由凭证管理中心（CA）、司法鉴定机构、审计、公证以及仲裁机构组建联盟链，由存证人作为用户进行存证，包括以下步骤：
1）用户验证节点，对提交节点进行身份认证，认证通过后登陆；
2）使用非对称加密算法对原始文件进行加密；
3）选择IPFS系统中活跃、出问题次数少的节点作为存证节点；
4）向选中的存证节点分发文件分片，IPFS系统返回相应的Hash值，以备上链；
5）PoA共识算法筛选出用于记账的主节点，由它负责区块的生成和存证数据的打包工作；
6）打包完成后，由主节点将该事件广播，其它节点同步该区块数据；
7）调用智能合约，将加密的原始文件进行Hash函数计算得到的指纹数据存放入区块链中；
8）需鉴权时，授权鉴定机构访问原始文件，从IPFS系统下载分片文件并还原，并对其进行相同的哈希运算，授权鉴定机构对比原始文件的哈希指纹和区块链上已存证的历史数据，验证数据是否被修改。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的数字资产存证方法，其特征在于：步骤2）和步骤3）中，原始文件通过以下步骤进行加密和存证：
a）使用 GPG 提供的 RSA 公开密钥加密算法对数字资产进行加密；
b）将加密文件上传至 IPFS 系统，由它把文件分割存放在参与的多个存证节点中，并向 Web 前端返回基于文件内容生成的哈希值；
c）将上述得到的哈希值指纹数据保全在区块链的文档型记账本中。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的数字资产存证方法，其特征在于：步骤5）中，智能合约运行在区块链的 EVM 中，智能合约从生成到被调用的调用过程包括以下步骤：
a）加载 Web3，为 Web 前端与区块链网络的交互提供 JSON.RPCAPI；
b）用 Solidity 语言对能实现哈希指纹上链等功能的智能合约进行编程；
c）选择是否使用在线编译的方式编译智能合约，一种选择是 Remix ide 提供的在线编译，另外一种使在 Geth 客户端中安装 Solc 编译器；
d）编译创建的字节码被当作交易数据向空地址发送，生成合约地址，等待外部事务调用。
4.根据权利要求3所述的基于区块链的数字资产存证方法，其特征在于：步骤6）和7）中，区块的生成和上链过程通过以下步骤实现：
a）用户发起一笔交易，该交易会被广播到网络中的其他参与节点，并缓存到各自的交易池（TxPool）中；
b）每个节点都会对交易池中交易数据的签名进行有效性验证，如果有效则调用虚拟机执行交易，此时会返回一个交易列表和交易回执，否则抛弃这笔交易；
c）由通过 PoA 共识机制筛选出的主节点进行交易的排序和打包，没有记账权的等待下一轮挖矿开启；
d）区块被成功挖到并打包好所有的交易之后，由主节点将该事件进行广播；
e）收到广播的节点会对区块数据进行同步；
f）把前一区块的 Hash 值存放到本区块头中，形成一个由散列值构成的链式结构，即区块链。
5.根据权利要求3所述的基于区块链的数字资产存证方法，其特征在于：步骤8）中，包括一授权访问功能模块，由存证用户授权鉴定机构查看文件信息，其它节点没有查看权限。
6.一种基于区块链的数字资产存证系统，其特征在于：包括节点管理子系统、文件传输子系统、区块链子系统和文件管理子系统，其中，节点管理子系统分为CA认证模块、节点删除模块和节点添加模块，用于节点的增加和删减以及用户登录过程中的验证；文件传输子系统包括文件加密模块和传输模块，加密模块用于使用非对称加密算法对原始文件进行加密，传输模块用于选择IPFS系统中活跃、出问题次数少的节点作为存证节点，以及鉴权过程中对于原始文件的授权访问，所述的区块链子系统用于实现区块的生成，以及将从IPFS系统中反馈到的Hash值上传至区块链；所述的文件管理子系统包括文件加密模块、文件上传模块、文件查看模块、文件下载模块和文件比对模块，用于辅助完成鉴权过程中的授权访问过程。
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