CN112364387A - 一种基于区块链网络的身份认证方法及装置、介质和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种基于区块链网络的身份认证方法及装置、介质和设备，方法包括密钥信息登记和身份认证两个步骤，在密钥信息登记步骤中，用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；区块链网络存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；在身份认证步骤中，认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。本发明实现了分布式的身份认证，能有效解决PKI体系中因认证中心单点故障而存在的重大网络安全隐患问题。

Description

一种基于区块链网络的身份认证方法及装置、介质和设备
技术领域
本发明涉及身份认证技术领域，特别涉及一种基于区块链网络的身份认证方法及装置、介质和设备。
背景技术
身份认证技术是一项确保用户网络身份可靠性的重要的网络安全技术。通过用户网络身份的确认，可进一步对用户进行特定的访问和授权管理。现阶段常用的一种身份认证技术是数字签名，其可靠性关键在于用户公钥的合法性。而用户公钥的合法性是通过公钥基础设施(PKI)体系中的认证中心CA颁发的数字证书进行保证的。由于认证中心CA的存在，PKI体系存在单点故障问题，也即CA的安全性影响着整个PKI体系的安全。若认证中心CA遭受网络攻击，将导致用户的密钥信息被篡改，进而造成整个认证体系的崩塌。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于区块链网络的身份认证方法。本发明通过对用户密钥进行子密钥分发，利用区块链的数据结构存储用户子密钥的分发关系，实现了一种分布式的认证方法，能有效解决PKI体系中因认证中心单点故障而存在的重大网络安全隐患问题。
本发明的第二目的在于提供一种基于区块链网络的身份认证装置。
本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质。
本发明的第四目的在于提供一种计算设备。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于区块链网络的身份认证方法，包括：
(1)密钥信息登记：
用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；区块链网络存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
(2)身份认证：
认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
优选的，密钥信息登记具体包括以下步骤：
(1-1)用户生成公私钥对，并利用私钥产生k份不同的子密钥(di,N)，其中，公钥用e表示，私钥用d表示，i表示子密钥序号，i＝1,2,...,k，N为用户生成公私钥对时使用的大整数；
(1-2)用户将k-1份不同的子密钥分别上传给区块链网络中k-1个不同的节点，自己保留一份子密钥；
(1-3)区块链网络将用户子密钥的分发关系记录在区块链数据结构中。
更进一步的，k份不同的子密钥满足以下关系：
Figure BDA0002738794320000021
其中，di(i＝1,2,...,k)表示k份不同的子密钥。
优选的，身份认证具体包括以下步骤：
(2-1)签名方向认证方发送认证请求；
(2-2)认证方收到签名方请求，生成随机信息m，发送给签名方；
(2-3)签名方收到信息m，使用保留的那份子密钥da进行签名：
Figure BDA0002738794320000031
将签名Sa和公钥(e,N)发送给认证方；
(2-4)认证方收到签名方的签名Sa和公钥后，根据区块链网络中存储的认证方子密钥的分发关系，将m发送给区块链网络中有分到子密钥的对应区块链节点，声明m是用于签名方的认证请求；
(2-5)对应的区块链节点收到m，利用该区块链节点中签名方分发的子密钥db进行签名：
Figure BDA0002738794320000032
将签名Sb发送给认证方；
(2-6)认证方收到k-1份签名Sb之后，验证
Figure BDA0002738794320000033
如果等式成立，则签名方的身份认证通过；
(2-7)认证方向签名方发送身份认证结果。
更进一步的，步骤(2-2)生成的随机信息m由时间戳和随机数组成。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于区块链网络的身份认证装置，包括：
密钥信息登记模块，用于在用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；
区块链网络，用于存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
身份认证模块，用于供认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
优选的，密钥信息登记模块进一步包括子密钥生成模块和子密钥上传模块：
子密钥生成模块，用于在用户生成公私钥对之后，利用私钥产生k份不同的子密钥(di,N)，其中，公钥用e表示，私钥用d表示，i表示子密钥序号，i＝1,2,...,k，N为用户生成公私钥对时使用的大整数；
子密钥上传模块，用于将用户的k-1份不同子密钥分别上传给区块链网络中k-1个不同的节点，用户自己保留一份子密钥；
用户子密钥的分发关系记录在区块链网络的区块链数据结构中。
优选的，身份认证模块进一步包括：
认证请求发送模块，用于向认证方发送签名方的认证请求；
随机信息生成模块，用于在认证方收到签名方请求之后，生成随机信息m，并将随机信息m发送给签名方；
第一签名模块，用于在签名方收到信息m之后，使用签名方自己保留的那份子密钥da进行签名：
Figure BDA0002738794320000041
将签名Sa和公钥(e,N)发送给认证方；
随机信息发送模块，用于在认证方收到签名方的签名Sa和公钥之后，根据区块链网络中存储的认证方子密钥的分发关系，将m发送给区块链网络中有分到子密钥的对应区块链节点，声明m是用于签名方的认证请求；
第二签名模块，用于在区块链节点收到m之后，利用该区块链节点中签名方分发的子密钥db进行签名：
Figure BDA0002738794320000042
将签名Sb发送给认证方；
验证模块，用于在认证方收到k-1份签名Sb之后，验证
Figure BDA0002738794320000043
如果等式成立，则签名方的身份认证通过；
身份认证结果发送模块，用于向签名方发送认证方对签名方的身份认证结果。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现本发明第一目的所述的基于区块链网络的身份认证方法。
本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现本发明第一目的所述的基于区块链网络的身份认证方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明通过利用用户的私钥产生子密钥，并将子密钥上传至区块链网络，根据区块链网络中存储的子密钥在区块链网络的相关信息进行身份认证，有效地实现了一种分布式的认证方法，能够消除现有PKI体系因认证中心CA而存在的中心化属性，解决CA单点故障问题，从而提高基于公钥密码体制的身份认证技术的安全性。
附图说明
图1为本发明基于区块链网络的身份认证方法的签名方子密钥分发关系图。
图2为本发明方法的认证阶段过程示意图。
图3为本发明基于区块链网络的身份认证装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开了一种基于区块链网络的身份认证方法，如图1和图2所示，包括：
(1)密钥信息登记：
用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并上传至区块链网络；区块链网络存储该用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系。这里的用户是指下文的签名方。
具体来说，步骤(1)包括如下步骤：
(1-1)用户生成公私钥对，并利用私钥产生k份不同的子密钥(di,N)，其中，公钥用e表示，私钥用d表示，i表示子密钥序号，i＝1,2,...,k，N为用户生成公私钥对时使用的大整数；
其中，k份不同的子密钥满足以下关系：
Figure BDA0002738794320000061
其中，di(i＝1,2,...,k)表示k份不同的子密钥。
(1-2)用户将k-1份不同的子密钥分别上传给区块链网络中k-1个不同的节点，每个节点分到一个子密钥，用户自己保留一份子密钥，该份子密钥可随意从k份不同的子密钥中选取一份；
(1-3)区块链网络将用户子密钥的分发关系记录在区块链数据结构中。
(2)身份认证：
认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
具体来说，步骤(2)包括如下步骤：
(2-1)签名方向认证方发送认证请求；
(2-2)认证方收到签名方请求，生成随机信息m，发送给签名方；这里，随机信息m由时间戳和随机数组成；
(2-3)签名方收到信息m，使用保留的那份子密钥da进行签名：
Figure BDA0002738794320000062
将签名Sa和公钥(e,N)发送给认证方；
(2-4)认证方收到签名方的签名Sa和公钥后，根据区块链网络中存储的认证方子密钥的分发关系，将m发送给区块链网络中有分到子密钥的对应区块链节点，声明m是用于签名方的认证请求；
(2-5)对应的区块链节点收到m，利用该区块链节点中签名方分发的子密钥db进行签名：
Figure BDA0002738794320000071
将签名Sb发送给认证方；
(2-6)认证方收到k-1份签名Sb之后，验证
Figure BDA0002738794320000072
如果等式成立，则签名方的身份认证通过。
(2-7)认证方向签名方发送认证结果。
为更好地描述本实施例，下面以一具体实例加以说明。
如图1所示，签名方的密钥信息登记阶段如下：
1)签名方S利用自己的私钥产生了4份子密钥；
2)签名方将3份子密钥分别上传至区块链网络中的A，C，E三个节点，自己保留1份子密钥；
3)区块链将签名方的子密钥分发关系记录在区块链的数据结构中。
如图2所示，认证方对签名方的认证阶段如下：
①签名方S向认证方V发送认证请求；
②认证方V收到签名方S请求，生成随机信息m，发送给签名方；
③签名方S收到信息m，使用保留的那份子密钥d4进行签名：
Figure BDA0002738794320000073
将S4和公钥(e,N)发送给认证方；
④认证方V收到签名方S的签名S4和公钥后，根据区块链网络中存储的签名方S的子密钥的分发关系，将m发送给对应的区块链节点(图1的节点A，C，E)，声明m是用于签名方S的认证请求；
⑤对应的区块链节点收到m，利用签名方S分发的子密钥db进行签名：
Figure BDA0002738794320000074
将Sb(b＝1,2,3)发送给认证方；
⑥认证方V收到3份部分签名Sb(b＝1,2,3)，验证
Figure BDA0002738794320000081
如果等式成立，则签名方S的身份认证通过。
⑦认证方V向签名方S发送身份认证结果。
实施例2
本实施例公开了一种基于区块链网络的身份认证装置，如图3所示，包括密钥信息登记模块、区块链网络和身份认证模块：
密钥信息登记模块，用于在用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；
区块链网络，用于存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
身份认证模块，用于供认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
其中，密钥信息登记模块进一步包括子密钥生成模块和连接子密钥生成模块的子密钥上传模块：
子密钥生成模块，用于在用户生成公私钥对之后，利用私钥产生k份不同的子密钥(di,N)，其中，公钥用e表示，私钥用d表示，i表示子密钥序号，i＝1,2,...,k，N为用户生成公私钥对时使用的大整数；
k份不同的子密钥满足以下关系：
Figure BDA0002738794320000082
其中，di(i＝1,2,...,k)表示k份不同的子密钥。
子密钥上传模块，用于将用户的k-1份不同子密钥分别上传给区块链网络中k-1个不同的节点，用户自己保留一份子密钥；
用户子密钥的分发关系记录在区块链网络的区块链数据结构中。
身份认证模块进一步包括认证请求发送模块、随机信息生成模块、第一签名模块、随机信息发送模块、第二签名模块、验证模块和身份认证结果发送模块：
认证请求发送模块，用于向认证方发送签名方的认证请求；
随机信息生成模块，用于在认证方收到签名方请求之后，生成随机信息m，并将随机信息m发送给签名方；本实施例的随机信息m具体由时间戳和随机数组成；
第一签名模块，用于在签名方收到信息m之后，使用签名方自己保留的那份子密钥da进行签名：
Figure BDA0002738794320000091
将Sa和公钥(e,N)发送给认证方；
随机信息发送模块，用于在认证方收到签名方的签名Sa和公钥之后，根据区块链网络中存储的认证方子密钥的分发关系，将m发送给区块链网络中有分到子密钥的对应区块链节点，声明m是用于签名方的认证请求；
第二签名模块，用于在区块链节点收到m之后，利用该区块链节点中签名方分发的子密钥db进行签名：
Figure BDA0002738794320000092
将Sb发送给认证方；
验证模块，用于在认证方收到k-1份签名Sb之后，验证
Figure BDA0002738794320000093
如果等式成立，则签名方的身份认证通过；
身份认证结果发送模块，用于向签名方发送认证方对签名方的身份认证结果。
在此需要说明的是，本实施例的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
实施例3
本实施例公开了一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的基于区块链网络的身份认证方法，具体如下：
(1)密钥信息登记：
用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；区块链网络存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
(2)身份认证：
认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
本实施例中的计算机可读存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。
实施例4
本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的基于区块链网络的身份认证方法，具体如下：
(1)密钥信息登记：
用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；区块链网络存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
(2)身份认证：
认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑或其他具有处理器功能的终端设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链网络的身份认证方法，其特征在于，包括：
(1)密钥信息登记：
用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；区块链网络存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
(2)身份认证：
认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
2.根据权利要求1所述的基于区块链网络的身份认证方法，其特征在于，密钥信息登记具体包括以下步骤：
(1-1)用户生成公私钥对，并利用私钥产生k份不同的子密钥(di,N)，其中，公钥用e表示，私钥用d表示，i表示子密钥序号，i＝1,2,...,k，N为用户生成公私钥对时使用的大整数；
(1-2)用户将k-1份不同的子密钥分别上传给区块链网络中k-1个不同的节点，自己保留一份子密钥；
(1-3)区块链网络将用户子密钥的分发关系记录在区块链数据结构中。
3.根据权利要求2所述的基于区块链网络的身份认证方法，其特征在于，k份不同的子密钥满足以下关系：
Figure FDA0002738794310000011
其中，di(i＝1,2,...,k)表示k份不同的子密钥。
4.根据权利要求1所述的基于区块链网络的身份认证方法，其特征在于，身份认证具体包括以下步骤：
(2-1)签名方向认证方发送认证请求；
(2-2)认证方收到签名方请求，生成随机信息m，发送给签名方；
(2-3)签名方收到信息m，使用保留的那份子密钥da进行签名：
Figure FDA0002738794310000021
将签名Sa和公钥(e,N)发送给认证方；
(2-4)认证方收到签名方的签名Sa和公钥后，根据区块链网络中存储的认证方子密钥的分发关系，将m发送给区块链网络中有分到子密钥的对应区块链节点，声明m是用于签名方的认证请求；
(2-5)对应的区块链节点收到m，利用该区块链节点中签名方分发的子密钥db进行签名：
Figure FDA0002738794310000022
将签名Sb发送给认证方；
(2-6)认证方收到k-1份签名Sb之后，验证
Figure FDA0002738794310000023
如果等式成立，则签名方的身份认证通过；
(2-7)认证方向签名方发送身份认证结果。
5.根据权利要求4所述的基于区块链网络的身份认证方法，其特征在于，步骤(2-2)生成的随机信息m由时间戳和随机数组成。
6.一种基于区块链网络的身份认证装置，其特征在于，包括：
密钥信息登记模块，用于在用户生成自己的主密钥对后，产生多个相应的子密钥并将子密钥上传至区块链网络；
区块链网络，用于存储用户的子密钥，并记录子密钥在区块链网络中的分发关系；
身份认证模块，用于供认证方利用签名方在区块链网络中的子密钥及子密钥的分发关系对签名方进行身份认证。
7.根据权利要求6所述的基于区块链网络的身份认证装置，其特征在于，密钥信息登记模块进一步包括子密钥生成模块和子密钥上传模块：
子密钥生成模块，用于在用户生成公私钥对之后，利用私钥产生k份不同的子密钥(di,N)，其中，公钥用e表示，私钥用d表示，i表示子密钥序号，i＝1,2,...,k，N为用户生成公私钥对时使用的大整数；
子密钥上传模块，用于将用户的k-1份不同子密钥分别上传给区块链网络中k-1个不同的节点，用户自己保留一份子密钥；
用户子密钥的分发关系记录在区块链网络的区块链数据结构中。
8.根据权利要求6所述的基于区块链网络的身份认证装置，其特征在于，身份认证模块进一步包括：
认证请求发送模块，用于向认证方发送签名方的认证请求；
随机信息生成模块，用于在认证方收到签名方请求之后，生成随机信息m，并将随机信息m发送给签名方；
第一签名模块，用于在签名方收到信息m之后，使用签名方自己保留的那份子密钥da进行签名：
Figure FDA0002738794310000031
将签名Sa和公钥(e,N)发送给认证方；
随机信息发送模块，用于在认证方收到签名方的签名Sa和公钥之后，根据区块链网络中存储的认证方子密钥的分发关系，将m发送给区块链网络中有分到子密钥的对应区块链节点，声明m是用于签名方的认证请求；
第二签名模块，用于在区块链节点收到m之后，利用该区块链节点中签名方分发的子密钥db进行签名：
Figure FDA0002738794310000032
将签名Sb发送给认证方；
验证模块，用于在认证方收到k-1份签名Sb之后，验证
Figure FDA0002738794310000033
如果等式成立，则签名方的身份认证通过；
身份认证结果发送模块，用于向签名方发送认证方对签名方的身份认证结果。
9.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1至5中任一项所述的基于区块链网络的身份认证方法。
10.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至5中任一项所述的基于区块链网络的身份认证方法。
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