CN112668028A - 一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，包括：用户身份认证模块、区块链、馆藏数据录入模块、借书信息输入模块、数据加密模块、借书信息分类统计模块、密钥共享模块和数据传输模块，通过密钥分配单元对图书馆图书资源和用户信息进行密钥设计分配，改善了对称加密算法的密钥分配易被窃取、密钥传递不安全的现状，通过提高在有限域中计算离散对数的难度来提高密钥分配的安全性；通过借书信息输入模块中统计用户在同一时间借的相同类型的图书，将图书的公钥统一发送给对应用户，通过密钥分配单元设计同类图书的秘密密钥，将密钥整理好后统一发送给用户，通过区块链技术让节点上的用户也可以相互传输数据，提高了数据传输的速率。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体为一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统。
背景技术
数据加密是指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文，是对信息进行保护的一种最可靠的办法，能够实现信息隐蔽的功能，起到保护信息安全的作用，数据传输加密技术的目的是对传输中的数据流加密，防止在存储环节上的数据失密，数据加密技术包括对称加密，但是对称加密存在密钥传递过程中可能会被窃取、存在风险性的缺点，如何设计密钥并合理分配是至关重要的，高校图书馆数字化建设的基础是将优质的馆藏进行数字化建设，区块链技术的推广和应用在高校图书馆兼容性、专业化数字资源建设中具有明显的实践意义，然而，图书馆的数据进行传输需要加密，将加密技术应用到图书馆的数据传输上能够保证图书信息和高校学生信息不被窃取，数据在加密后也需要提高数据传输的速率，通过区块链技术进行密钥的统一分配能够改善图书馆服务器和客户端之间点对点传输(速率低)的情况。
所以，人们需要一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：包括：用户身份认证模块、区块链、馆藏数据录入模块、借书信息输入模块、数据加密模块、借书信息分类统计模块、密钥共享模块和数据传输模块；
所述区块链的输入端连接所述用户身份认证模块、所述馆藏数据录入模块和所述借书信息输入模块的输出端，所述区块链的输出端连接所述数据加密模块的输入端，所述数据加密模块的输出端连接所述借书信息分类统计模块的输入端，所述借书信息分类统计模块的输出端连接所述密钥共享模块的输入端，所述密钥共享模块的输出端连接所述数据传输模块的输入端；
所述用户身份认证模块用于根据用户的身份分类并认证对应类别用户的确切身份，所述馆藏数据录入模块用于录入高校图书馆内的图书资源信息至所述区块链的每个节点上，所述借书信息输入模块用于输入通过认证的对应身份的用户的借书登录信息至所述区块链的每个节点上，所述数据加密模块用于对借出的图书数据设计唯一的密钥并传输到对应需要借该图书的区块链节点上，所述借书信息分类统计模块和所述密钥共享模块用于对图书数据进行加密后统计同一图书的借书记录并将确认需要分批分享给借相同图书用户的密钥信息，所述数据传输模块用于将对应图书的密钥信息数据传输至区块链节点上。
进一步的，利用所述用户身份认证模块进行身份认证的过程包括：用户通过刷学生卡进行身份认证后，根据已认证的身份将用户按照所学专业学科进行分类，用户身份的分类集合为A＝{A1，A2，...An}，其中，n表示高校的专业学科数量，最后将用户身份的分类数据传输到所述区块链上。
进一步的，所述数据加密模块包括：密钥分配单元和密钥对结构设计单元，所述密钥分配单元用于将对称加密算法的密钥进行合理分配，用DH密钥分配方法来实现随机密钥初始化，所述密钥对结构设计单元用于设计一个密钥对结构：一个保存当前有效并正在使用中的密钥，另一个保存旧的密钥或新生成的密钥，通过密钥的合理分配和设计提高了图书和用户信息的安全性，改善了密钥传递不安全的现象，定时更新密钥也为信息数据另外加了一层保护罩。
进一步的，利用所述密钥对结构设计单元设计密钥对结构的流程为：首先，在图书馆用户端1生成新的图书密钥并通知到用户端2，用户端2接收到新密钥后，在继续使用旧密钥的同时给用户端1回复确认信号，用户端1待收到回复信号后立即激活新密钥，用户端2收到加密数据后确认密钥是否已经更新，若密钥已更新，用户端2使用新的密钥，若未更新，用户端2仍使用旧密钥，密钥更新是用新密钥代替旧密钥的过程，定时的更新提高了密钥安全管理的可靠性和有效性。
进一步的，所述密钥分配单元分配密钥的步骤为：随机设定一个素数P和素数P模的本原元r，r和P都是通过区块链节点上的两个用户端明文协商得到的，为用户端1随机设定一个数a，通过下列公式计算获得图书馆一本图书的公钥X：
同样的为用户端2随机设定一个数b，通过下列公式计算获得同类图书中的另一本图书的公钥Y：
其中，a和b介于1到P之间，因为r是模P的本原元，所以r的集合{r1，r2，...，rP-1}都和模P不相同，用户端1和用户端2通过明文交换公钥X和公钥Y，根据下列公式分别计算得到用户端1的秘密密钥K和用户端2的秘密密钥K’：
因为K＝K’，即使P、r、X和Y被窃听者截获，但是很难用数学方法推出a和b，所以窃听者无法获得秘密密钥K和K’，本原元的定义为：若模n下a的阶
m就是n的本原元，本原元是有限域乘法特性的主要表现，现有技术中通过公式
设计获得密钥的风险性，该密钥分配方式X、M、P都易被窃听者截获，密钥分配传递并不安全，本发明设计的密钥分配方式即使窃听者截获了P、r和ra，也很难用数学方法推出a，除非能计算出离散对数以恢复a和b，否则无法得到秘密密钥K，改善了对称加密算法的密钥分配易被窃取、密钥传递不安全的现状，通过提高在有限域中计算离散对数的难度提高了密钥分配的安全性。
进一步的，通过身份认证的用户登录信息和借书记录信息存储在所述借书信息输入模块中，利用所述借书信息输入模块中统计用户在同一时间借的相同类型的图书集合为B’＝{B’1，B’2，...，B’i}，对应的图书公钥集合为X’＝{X’1，X’2，...，X’i}，将图书公钥统一发送给对应用户，对应用户从借书到还书的周期集合为T＝{T1，T2，...，Ti}，其中，i表示相同类型的不同图书的数量，将统计好的数据传输到区块链。
进一步的，所述区块链将所述借书信息输入模块中统计的数据传输到所述数据加密模块，利用所述数据加密模块中的密钥分配单元根据不同的图书公钥设计同类图书的秘密密钥，相同类型图书的秘密密钥是相同的，将设计好该类图书的秘密密钥数据传输到所述借书信息分类统计模块中，将相同类型图书的密钥统一发送给对应用户，提高了图书数据传输的速率和图书借出流程的效率。
进一步的，通过所述借书信息分类统计模块整理相同类型图书的不同公钥和相同秘密密钥数据，将整理好的数据传输到密钥共享模块中，另外，通过所述借书信息分类统计模块统计从借书到还书的周期相同的用户对应收到的秘密密钥集合为K同＝{K同1，K同2，...，K同j}，其中，j表示经过相同周期借出的图书数量，通过密钥对结构设计单元在用户还书后对秘密密钥进行实时更新，将更新后的密钥数据传输到所述密钥共享模块中，统计用户的借书周期，对密钥设置定时更新，在还书后对图书的密钥进行更新为数据传输提供了新的安全保障。
进一步的，所述密钥共享模块将整理好的相同类型图书的不同公钥和相同秘密密钥数据发送给对应的用户，区块链节点上的用户发现有其它用户和自己借的是同一本书时也能利用所述密钥共享模块将自己借对应图书时的公钥和秘密密钥共享给其它用户，并将共享的密钥数据输入到所述数据传输模块中。
进一步的，所述数据传输模块接收到共享的密钥数据后整理密钥对应的图书资料，将加密后的不同图书资料统一传输给借阅对应图书的用户，用户通过获取到的图书公钥和秘密密钥解开图书密码后借出图书资料，通过区块链技术实现了数据管理去中心化，解决了数据库缺乏协同参与机制、文献资源得不到有效利用的问题，在一定程度上提高了数据传输的速率。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1.本发明通过密钥分配单元对图书馆图书资源和用户信息进行密钥设计分配：随机设定一个素数P和素数P模的本原元r，通过公式
计算设计获得图书馆一本图书的公钥X，通过公式
计算设计获得同类图书中的另一本图书的密钥Y，然后通过明文交换密钥X和密钥Y，根据公式
计算得到相同类型图书的秘密密钥，减少了现有技术中通过公式
设计获得密钥的风险性，现有技术中的密钥分配方式X、M、P都易被窃听者截获，密钥分配传递并不安全，而本发明设计的密钥分配方式即使窃听者截获了P、r和ra，也很难用数学方法推出a，除非能计算出离散对数以恢复a和b，否则无法得到秘密密钥K，改善了对称加密算法的密钥分配易被窃取、密钥传递不安全的现状，通过提高在有限域中计算离散对数的难度来提高密钥分配的安全性；
2.本发明通过用户身份认证模块对用户的身份进行认证并分类，通过借书信息输入模块中统计用户在同一时间借的相同类型的图书，将对应图书的不同公钥统一发送给对应用户，通过数据加密模块中的密钥分配单元根据不同的图书公钥设计同类图书的秘密密钥，将不同的公钥和相同的秘密密钥整理好后统一发送给用户，用户发现有其它用户和自己借的是同一本书时也能利用密钥共享模块将自己借对应图书时的公钥和秘密密钥共享给其它用户，在用户还书后通过密钥对结构设计单元对秘密密钥进行实时更新，不再通过图书馆服务器与客户端进行点对点数据传输，通过区块链技术让节点上的用户也可以相互传输数据，解决了点对点传输导致速率低的问题，提高了数据加密后传输的速率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统的结构图；
图2是本发明的密钥对结构设计流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：包括：用户身份认证模块、区块链、馆藏数据录入模块、借书信息输入模块、数据加密模块、借书信息分类统计模块、密钥共享模块和数据传输模块；
区块链的输入端连接用户身份认证模块、馆藏数据录入模块和借书信息输入模块的输出端，区块链的输出端连接数据加密模块的输入端，数据加密模块的输出端连接借书信息分类统计模块的输入端，借书信息分类统计模块的输出端连接密钥共享模块的输入端，密钥共享模块的输出端连接数据传输模块的输入端；
用户身份认证模块用于根据用户的身份分类并认证对应类别用户的确切身份，馆藏数据录入模块用于录入高校图书馆内的图书资源信息至区块链的每个节点上，借书信息输入模块用于输入通过认证的对应身份的用户的借书登录信息至区块链的每个节点上，数据加密模块用于对借出的图书数据设计唯一的密钥并传输到对应需要借该图书的区块链节点上，借书信息分类统计模块和密钥共享模块用于对图书数据进行加密后统计同一图书的借书记录并将确认需要分批分享给借相同图书用户的密钥信息，数据传输模块用于将对应图书的密钥信息数据传输至区块链节点上。
利用用户身份认证模块进行身份认证的过程包括：用户通过刷学生卡进行身份认证后，根据已认证的身份将用户按照所学专业学科进行分类，用户身份的分类集合为A＝{A1，A2，...An}，其中，n表示高校的专业学科数量，最后将用户身份的分类数据传输到区块链上。
数据加密模块包括：密钥分配单元和密钥对结构设计单元，密钥分配单元用于将对称加密算法的密钥进行合理分配，用DH密钥分配方法来实现随机密钥初始化，密钥对结构设计单元用于设计一个密钥对结构：一个保存当前有效并正在使用中的密钥，另一个保存旧的密钥或新生成的密钥，通过密钥的合理分配和设计提高了图书和用户信息的安全性，能够改善密钥传递不安全的现状，定时更新密钥也为信息数据另外加了一层保护罩。
利用密钥对结构设计单元设计密钥对结构的流程为：首先，在图书馆用户端1生成新的图书密钥并通知到用户端2，用户端2接收到新密钥后，在继续使用旧密钥的同时给用户端1回复确认信号，用户端1待收到回复信号后立即激活新密钥，用户端2收到加密数据后确认密钥是否已经更新，若密钥已更新，用户端2使用新的密钥，若未更新，用户端2仍使用旧密钥，密钥更新是用新密钥代替旧密钥的过程，定时的更新能够提高密钥安全管理的可靠性和有效性。
密钥分配单元分配密钥的步骤为：随机设定一个素数P和素数P模的本原元r，r和P都是通过区块链节点上的两个用户端明文协商得到的，为用户端1随机设定一个数a，通过下列公式计算获得图书馆一本图书的公钥X：
同样的为用户端2随机设定一个数b，通过下列公式计算获得同类图书中的另一本图书的公钥Y：
其中，a和b介于1到P之间，因为r是模P的本原元，所以r的集合{r1，r2，...，rP-1}都和模P不相同，用户端1和用户端2通过明文交换公钥X和公钥Y，根据下列公式分别计算得到用户端1的秘密密钥K和用户端2的秘密密钥K’：
因为K＝K’，即使P、r、X和Y被窃听者截获，但是很难用数学方法推出a和b，所以窃听者无法获得秘密密钥K和K’，本原元的定义为：若模n下a的阶
m就是n的本原元，本原元是有限域乘法特性的主要表现，现有技术中通过公式
设计获得密钥的风险性，该密钥分配方式X、M、P都易被窃听者截获，密钥分配传递并不安全，本发明设计的密钥分配方式即使窃听者截获了P、r和ra，也很难用数学方法推出a，除非能计算出离散对数以恢复a和b，否则无法得到秘密密钥K，便于改善对称加密算法的密钥分配易被窃取、密钥传递不安全的现状，通过提高在有限域中计算离散对数的难度能够提高密钥分配的安全性。
通过身份认证的用户登录信息和借书记录信息存储在借书信息输入模块中，利用借书信息输入模块中统计用户在同一时间借的相同类型的图书集合为B’＝{B’1，B’2，...，B’i}，对应的图书公钥集合为X’＝{X’1，X’2，...，X’i}，将图书公钥统一发送给对应用户，对应用户从借书到还书的周期集合为T＝{T1，T2，...，Ti}，其中，i表示相同类型的不同图书的数量，将统计好的数据传输到区块链。
区块链将借书信息输入模块中统计的数据传输到数据加密模块，利用数据加密模块中的密钥分配单元根据不同的图书公钥设计同类图书的秘密密钥，相同类型图书的秘密密钥是相同的，将设计好该类图书的秘密密钥数据传输到借书信息分类统计模块中，将相同类型图书的密钥统一发送给对应用户，便于提高图书数据传输的速率和图书借出流程的效率。
通过借书信息分类统计模块整理相同类型图书的不同公钥和相同秘密密钥数据，将整理好的数据传输到密钥共享模块中，另外，通过借书信息分类统计模块统计从借书到还书的周期相同的用户对应收到的秘密密钥集合为K同＝{K同1，K同2，...，K同j}，其中，j表示经过相同周期借出的图书数量，通过密钥对结构设计单元在用户还书后对秘密密钥进行实时更新，将更新后的密钥数据传输到密钥共享模块中，统计用户的借书周期，对密钥设置定时更新，在还书后对图书的密钥进行更新为数据传输提供了新的安全保障。
密钥共享模块将整理好的相同类型图书的不同公钥和相同秘密密钥数据发送给对应的用户，区块链节点上的用户发现有其它用户和自己借的是同一本书时也能利用密钥共享模块将自己借对应图书时的公钥和秘密密钥共享给其它用户，并将共享的密钥数据输入到数据传输模块中。
数据传输模块接收到共享的密钥数据后整理密钥对应的图书资料，将加密后的不同图书资料统一传输给借阅对应图书的用户，用户通过获取到的图书公钥和秘密密钥解开图书密码后借出图书资料，通过区块链技术实现了数据管理去中心化，解决了数据库缺乏协同参与机制、文献资源得不到有效利用的问题，在一定程度上能够提高数据传输的速率。
实施例一：随机设定一个素数P＝4049，素数P模的本原元r＝3，为用户端1随机设定一个数a＝5，通过公式
计算获得图书馆一本图书的公钥X＝243，为用户端2随机设定一个数b＝6，通过公式
计算获得同类图书中另一本图书的公钥Y＝729，用户端1和用户端2通过明文交换密钥X和密钥Y，根据公式
计算得到用户端1的秘密密钥K＝2239，根据公式
计算得到用户端2的秘密密钥K’＝K＝2239，即使P、r、X和Y被窃听者截获，但是很难用数学方法推出a和b，所以窃听者无法获得秘密密钥K和K’，将公钥和秘密密钥K发送给通过认证的借对应图书的用户，用户通过输入密钥获得图书资料，同一时间段借相同图书的用户也可以通过区块链查找到该秘密密钥，不再通过服务器与客户端点对点传输以加快数据传输速率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本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施例所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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：包括：用户身份认证模块、区块链、馆藏数据录入模块、借书信息输入模块、数据加密模块、借书信息分类统计模块、密钥共享模块和数据传输模块；
所述区块链的输入端连接所述用户身份认证模块、所述馆藏数据录入模块和所述借书信息输入模块的输出端，所述区块链的输出端连接所述数据加密模块的输入端，所述数据加密模块的输出端连接所述借书信息分类统计模块的输入端，所述借书信息分类统计模块的输出端连接所述密钥共享模块的输入端，所述密钥共享模块的输出端连接所述数据传输模块的输入端；
所述用户身份认证模块用于根据用户的身份分类并认证对应类别用户的确切身份，所述馆藏数据录入模块用于录入高校图书馆内的图书资源信息至所述区块链的每个节点上，所述借书信息输入模块用于输入通过认证的对应身份的用户的借书登录信息至所述区块链的每个节点上，所述数据加密模块用于对借出的图书数据设计唯一的密钥并传输到对应需要借该图书的区块链节点上，所述借书信息分类统计模块和所述密钥共享模块用于对图书数据进行加密后统计同一图书的借书记录并将确认需要分批分享给借相同图书用户的密钥信息，所述数据传输模块用于将对应图书的密钥信息数据传输至区块链节点上。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：利用所述用户身份认证模块进行身份认证的过程包括：用户通过刷学生卡进行身份认证后，根据已认证的身份将用户按照所学专业学科进行分类，用户身份的分类集合为A＝{A1，A2，...An}，其中，n表示高校的专业学科数量，最后将用户身份的分类数据传输到所述区块链上。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：所述数据加密模块包括：密钥分配单元和密钥对结构设计单元，所述密钥分配单元用于将对称加密算法的密钥进行合理分配，用DH密钥分配方法来实现随机密钥初始化，所述密钥对结构设计单元用于设计一个密钥对结构：一个保存当前有效并正在使用中的密钥，另一个保存旧的密钥或新生成的密钥。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：利用所述密钥对结构设计单元设计密钥对结构的流程为：首先，在图书馆用户端1生成新的图书密钥并通知到用户端2，用户端2接收到新密钥后，在继续使用旧密钥的同时给用户端1回复确认信号，用户端1待收到回复信号后立即激活新密钥，用户端2收到加密数据后确认密钥是否已经更新，若密钥已更新，用户端2使用新的密钥，若未更新，用户端2仍使用旧密钥。
5.根据权利要求3所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：所述密钥分配单元分配密钥的步骤为：随机设定一个素数P和素数P模的本原元r，r和P都是通过区块链节点上的两个用户端明文协商得到的，为用户端1随机设定一个数a，通过下列公式计算获得图书馆一本图书的公钥X：
同样的为用户端2随机设定一个数b，通过下列公式计算获得同类图书中的另一本图书的公钥Y：
其中，a和b介于1到P之间，因为r是模P的本原元，所以r的集合{r1，r2，...，rP-1}都和模P不相同，用户端1和用户端2通过明文交换密钥X和密钥Y，根据下列公式分别计算得到用户端1的秘密密钥K和用户端2的秘密密钥K’：
因为K＝K’，即使P、r、X和Y被窃听者截获，但是很难用数学方法推出a和b，所以窃听者无法获得秘密密钥K和K’。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：通过身份认证的用户登录信息和借书记录信息存储在所述借书信息输入模块中，利用所述借书信息输入模块中统计用户在同一时间借的相同类型的图书集合为B’＝{B’1，B’2，...，B’i}，对应的图书公钥集合为X’＝{X’1，X’2，...，X’i}，将图书公钥统一发送给对应用户，对应用户从借书到还书的周期集合为T＝{T1，T2，...，Ti}，其中，i表示相同类型的不同图书的数量，将统计好的数据传输到区块链。
7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：所述区块链将所述借书信息输入模块中统计的数据传输到所述数据加密模块，利用所述数据加密模块中的密钥分配单元根据不同的图书公钥设计同类图书的秘密密钥，相同类型图书的秘密密钥是相同的，将设计好该类图书的秘密密钥数据传输到所述借书信息分类统计模块中。
8.根据权利要求7所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：通过所述借书信息分类统计模块整理相同类型图书的不同公钥和相同秘密密钥数据，将整理好的数据传输到所述密钥共享模块中，另外，通过所述借书信息分类统计模块统计从借书到还书的周期相同的用户对应收到的秘密密钥集合为K同＝{K同1，K同2，...，K同j}，其中，j表示经过相同周期借出的图书数量，通过密钥对结构设计单元在用户还书后对秘密密钥进行实时更新，将更新后的密钥数据传输到所述密钥共享模块中。
9.根据权利要求8所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：所述密钥共享模块将整理好的相同类型图书的不同公钥和相同秘密密钥数据发送给对应的用户，区块链节点上的用户发现有其它用户和自己借的是同一本书时也能利用所述密钥共享模块将自己借对应图书时的公钥和秘密密钥共享给其它用户，并将共享的密钥数据输入到所述数据传输模块中。
10.根据权利要求9所述的一种基于区块链的智能数据快速加密传输系统，其特征在于：所述数据传输模块接收到共享的密钥数据后整理密钥对应的图书资料，将加密后的不同图书资料统一传输给借阅对应图书的用户，用户通过获取到的图书公钥和秘密密钥解开图书密码后借出图书资料。
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2021
- 2021-01-08 CN CN202110024133.2A patent/CN112668028B/zh active Active
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