CN112989384A - 一种区块链预言机网络和数据传输方法 - Google Patents

一种区块链预言机网络和数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种区块链预言机网络和数据传输方法，包括构建预言机网络，并自主生成预言机密钥，采用密钥对采集的数据进行签名，预言机密钥包括钱包地址、公钥和私钥；网络中的预言机通过共识算法进行互相通信，实现外部数据的共享；区块链平台发送认证信息到所有预言机，每个预言机分别对认证信息进行解密，当任一预言机解密成功后即可发送外部数据到区块链平台。本发明通过构建预言机网络，并利用预言机自主对外部数据进行采集签名加密，不需要经过第三方平台，从而提高了数据传输的安全性。再通过区块链平台和预言机的通讯，找到响应最快的预言机从而完成数据传输，较低了数据传输时间。

Description

一种区块链预言机网络和数据传输方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种区块链预言机网络和数据传输方法。
背景技术
随着技术的发展，区块链技术日益成熟，相匹配的智能终端也得到大力发展。区块链系统是将数据及数据的操作记录，通过密码学方法进行加密和散列，从而形成一种公开透明、不可篡改、可追溯的分布式数据库记账系统，该技术可以在支付清算、存证取证、价值转移、供应链金融、用户征信、监管审计等领域进行广泛应用。
由于区块链平台的安全性，会将数据存放在区块链平台。传统方法是由设备采集数据，再将数据传输到第三方平台(例如IOT平台)，由第三方平台加密后再传输到区块链平台。但由于加密是由第三方平台进行的，中间过程可能会存在恶意篡改、漏写、错写等问题，降低了数据传输的安全性。同时这样经过多次传输，消耗的时间也比较长。
发明内容
针对现有技术中智能终端数据传输耗时较长的问题，本发明提出一种区块链预言机网络和数据传输方法，通过构建预言机网络并自主对外部数据进行加密，之后直接传输到区块链平台，从而提高了数据传输的安全性和降低了传输时间。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种区块链预言机网络，包括区块链平台和至少两个预言机，区块链平台分别和预言机有线/无线连接，且每个预言机之间有线/无线连接；所述预言机用于采集外部数据，并通过自主生成的密钥对外部数据进行签名，再传输到区块链平台。
优选的，所述预言机通过共识算法进行通讯连接，实现外部数据的共享。
优选的，所述共识算法包括POW、POA和DPOS。
本发明还提供一种数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建预言机网络，并自主生成预言机密钥，采用密钥对采集的数据进行签名，预言机密钥包括钱包地址、公钥和私钥；
(2)网络中的预言机通过共识算法进行互相通信，实现外部数据的共享；
(3)区块链平台发送认证信息到所有预言机，每个预言机分别对认证信息进行解密，当任一预言机解密成功后即可发送外部数据到区块链平台。
优选的，所述预言机密钥生成步骤为：
S1：从字典中中选取单词构建智能辅助助记词词库；
S2：从构建的智能辅助助记词词库选取n个单词组成词组生成m个助记词；
S3：采用密钥拉伸函数对助记词进行增强得到根密钥，进而生成私钥；
S4：利用椭圆曲线算法，将私钥生成公钥，同时将公钥存储在在线钱包。
优选的，所述单词的选取需符合以下要求：
5)前四个字母明确标识单词，即选择前4个字母不相同的单词；
6)避免相似的词汇，单词之间不能超过80％的相同字母，造成拼写错误；
7)单词使用规范化形式兼容性分解以UTF-8编码；
8)单词列表以字母表秩序排序，提高搜寻效率；
6)使用字典树实现智能辅助助记词词库的存储，便于压缩与查询。
优选的，所述助记词生成步骤如下：
5)从构建的智能辅助助记词词库选取n个单词生成一个长度为L的第一序列；
6)采用哈希算法计算第一序列的哈希值，并将哈希值的前K位作为第一序列的校验码，K＝L/32；
7)将第一序列和校验码进行组合得到第二序列，即第一序列+校验码；
8)将第二序列分成m组即得到m个二进制数，m＝(L+K)/11,再用每个二进制数查询BIP39协议定义的单词表，得到m个助记词。
优选的，所述S3包括：
S3-1：采用PBKDF2函数，将助记词和盐作为输入参数，然后重复进行运算最终生成根密钥；
S3-2：采用不可逆的HMAC-SHA512算法对根密钥进行推算，得到512位的哈希串，则哈希串的前256位是私钥。
优选的，所述盐包括常量字符串和密码。
优选的，公钥是通过椭圆曲线密码学来生成：K＝k*G，K表示公钥即是椭圆曲线的一个点；k表示私钥，为用户随机生成；G表示为椭圆曲线的基点。
综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过构建预言机网络，并利用预言机自主对外部数据进行采集签名加密，不需要经过第三方平台，从而提高了数据传输的安全性。再通过区块链平台和预言机的通讯，找到响应最快的预言机从而完成数据传输，降低了数据传输时间。
附图说明：
图1为根据本发明示例性实施例的一种区块链预言机网络示意图。
图2为根据本发明示例性实施例的一种数据传输方法示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种区块链预言机网络，包括区块链平台和至少两个预言机，区块链平台分别和预言机有线/无线连接，且预言机之间通过有线/无线连接。
本实施例中，预言机用于采集外部数据，并通过自主生成的密钥对外部数据进行签名，再传输到区块链平台。外部数据包括电力、温度和湿度等。
如图2所示，本发明还提供一种基于区块链预言机网络的数据传输方法，包括以下步骤：
(1)构建预言机网络，并自主生成预言机密钥，采用密钥对采集的数据进行签名，预言机密钥包括钱包地址、公钥和私钥，具体包括以下步骤：
S1：从日常常用词词库中选取一定数量的单词构建智能辅助助记词词库。
本实施例中，从日常常用词词库中选取2048个英文单词，将英文单词以文件、字符数组微型数据库等方式存储在词库分区内，同时考虑嵌入式flash芯片容量大小和寿命，进行分区处理，构建智能辅助助记词词库。
选取的英文单词需符合以下要求：
9)前四个字母能明确标识单词，即选择前4个字母不相同的词汇；例如：arch和archived，前4个字母相同，就不符合选取要求。
10)避免相似的词汇，单词之间不能超过80％的相同字母，从而避免记错单词，造成拼写错误；例如“woman”和“women”，“build”和“built”。
11)单词表可以包含本土字符，但需要使用规范化形式兼容性分解(NFKD)以UTF-8编码。
12)单词列表以字母表秩序排序，提高搜寻效率。
5)使用字典树实现助记词词库的高性能存储，便于压缩与查询；
S2：从构建的智能辅助助记词词库选取n个单词组成词组生成助记词，并显示给用户。
本实施例中，从构建的智能辅助助记词词库选取n(优选为6-12)个单词组成词组生成智能终端的钱包，通过接口方式显示给用户。为方便用户携带、抄写及记忆，可采用小型智能硬件显示屏展示，例如尺寸大小为128mm*64mm的液晶显示屏。
助记词生成步骤如下：
9)从构建的智能辅助助记词词库选取n个单词生成一个长度为L的第一序列,L优选为32(一个字母为一个长度)的倍数。
10)采用哈希算法(例如SHA256算法)计算第一序列的哈希值，将哈希值的前K位作为第一序列的校验码(K＝L/32)；
11)将第一序列和校验码进行组合得到第二序列，即第一序列+校验码；
12)将第二序列分成m组即得到m个二进制数，m＝(L+K)/11,每11个字母为一组；再用每个二进制数查询BIP39/BIP44BIP84协议定义的单词表，这样就得到m个助记词，构成智能终端的钱包。
S3：采用密钥拉伸函数对助记词进行增强得到根密钥，进而生成私钥，并将私钥存放在存储模块。
本实施例中，助记词由长度为128到256位的序列BIP39协议定义的单词表而来，
S3-1：采用现有密钥拉伸函数(PBKDF2函数)，把助记词和盐作为输入参数，然后重复进行运算最终生成根密钥。
PBKDF2函数参数如下：1)助记词作为被加密的明文；2)"帮助记忆的词句"与进入计算机服务的密码作为盐，盐由常量字符串及一个可选的密码组成，可使用不同密码，则PBKDF2函数在使用同一个助记词的情况下会产生一个不同的根密钥。
S3-2：采用不可逆的HMAC-SHA512算法对根密钥进行推算，得到512位的哈希串，则哈希串的左256位是私钥,右256位是主链编码。
本实施例中，BIP32标准定义了钱包的生成规则，钱包中的所有层级密钥都是由根密钥推导而来，根密钥由S3-1生成，推导过程是确定的，因此只需要备份根密钥即可记住所有的私钥。
根密钥通过不可逆的HMAC-SHA512算法推算出512位的哈希串，哈希串的左256位是私钥,右256位是主链码；
这一步生成的私钥及主链编码再加上一个索引号，将作为HMAC-SHA512算法的输入继续衍生出下一层的私钥及主链编码，即可以无限生成私钥。
本实施例中，不同的协议可能生成不同的密钥，即是采用分别式方法，而不是由中心统一发放的密钥，这就保证第三方不能修改数据。再将生成的私钥存储在存储模块，防止恶意读取。一般说来，私钥不允许读取和公开的，只能执行删除操作。
S4：利用椭圆曲线算法，将私钥生成公钥，同时将公钥存储在离线钱包。
本实施例中，为防止公钥被恶意修改或删除，一旦删除，需利用私钥重新生成。
该椭圆曲线是一条用于密码学的椭圆曲线，例如SECP256K1算法，它总共包含以下6个参数：(p,a,b,G,n,h)。
(1)首先a和b是椭圆曲线算法方程中的参数，这两个参数决定了该算法所使用的椭圆曲线方程。其中它们的值分别是a＝0，b＝7；
(2)参数p。因为密码学上使用的椭圆曲线都是在有限域上定义的，对于该曲线来说，它使用的有限域是GF(p)。p的具体值是表示该曲线位于素数阶p的有限域上。
(3)参数G是椭圆曲线上的一个点，称为基点。压缩形式的基点G是：
G＝02 79BE667E F9DCBBAC 55A06295 CE870B07 029BFCDB 2DCE28D9 59F2815B16F81798
未压缩的形式是
G＝04 79BE667E F9DCBBAC 55A06295 CE870B07 029BFCDB 2DCE28D9 59F2815B16F81798 483ADA77 26A3C465 5DA4FBFC 0E1108A8 FD17B448 A6855419 9C47D08FFB10D4B8
(4)参数n是使得n×G＝0的最小正整数，也称为G的阶。这里的乘法是指定义在椭圆曲线上的乘法，0指椭圆曲线上的零点，n的具体值是：
n＝FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFE BAAEDCE6 AF48A03B BFD25E8CD0364141。
(5)参数h＝1，是椭圆曲线群的阶和由G生成的子群的阶的比值，也称为协因子，是设计该椭圆曲线时使用的参数，在具体实现中使用这个参数主要是出于安全性考虑。
公钥是通过椭圆曲线密码学算法(K＝k*G)来生成，其中公式中的：
K：公钥(公钥是椭圆曲线上的一个点)；
k：私钥，为上一段生成的32字节的字节数组(16进制串表示)，用户随机生成；
G：为一个生成点(基点)；
如上公式，以私钥k为起点，与预定的生成点G相乘来生成公钥K，并且因为所有Bitcoin用户的生成点G都是相同的常量，所以由一个确定的私钥k生成一个确定的公钥K，并且是单向的。
公钥私钥的具体使用方式：
若用于密钥交换，步骤如下(下列乘法是指椭圆曲线上点的乘法)：
1.生成私钥ka，将它乘以基点G得到公钥Ka；
2.生成私钥kb，将它乘以基点G得到公钥Kb；
3.计算(xk，yk)＝ka*Kb,xk即为交换得到的密钥；
4.计算(xk，yk)＝kb*Ka,xk即为交换得到的密钥，显然得到的密钥是相同的。
S5：采用单向哈希加密算法对公钥进行计算，生成公钥哈希，得到一个160位(20字节)的数字，然后通过运算，生成4个字节，并利用公钥哈希和校验码拼装(就是将校验码放在公钥哈希后面)成新的中间数值，该值通过base58算法进行编码，将公钥生成为钱包地址存储在在线钱包中，作为身份认证信息。
本实施例中，钱包地址是一个由数字和字母组成的字符串，可以对外公开分享。大部分钱包地址由公钥通过base58编码而来，把公钥地址从512Bit哈希到160Bit。钱包地址可按照私钥、公钥方式恢复。钱包地址可被外界访问，并提供API接口，方便应用。
本发明中，在线钱包只存储钱包地址，离线钱包存储钱，这样在线钱包可随时在线上进行数据读取和认证，从而减少了身份认证的时间，提高了效率；同时在两个钱包的共同作用下，在线交易的安全性也得到了提高。
本发明采用分布式方法自主生成钱包地址、公钥和私钥，并进行离线/在线存储，不需要任何中心机构发行公钥和私钥，进而提高了安全性。
(2)网络中的预言机通过共识算法进行互相通信，实现外部数据的共享。
本实施例中，共识算法包括POW、POA和DPOS等，其目的是将网络中的预言机进行互相通信，实现数据的共享，以便能将外部数据更快地传输到区块链平台。
本实施例中，不同预言机可以采集不同数据源，也可以采集同一数据源。
(3)区块链平台发送认证信息到所有预言机，每个预言机分别对认证信息进行解密，当任一预言机解密成功后即可发送外部数据到区块链平台。
例如，区块链平台随机发送A问题给所有预言机(A问题的答案存放在区块链平台)，每个预言机分别针对A问题进行计算并实时将答案反馈到区块链平台，当任一预言机反馈的答案和区块链平台存放的答案匹对成功后，即可发送外部数据到区块链平台。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种区块链预言机网络，其特征在于，包括区块链平台和至少两个预言机，区块链平台分别和预言机有线/无线连接，且每个预言机之间有线/无线连接；所述预言机用于采集外部数据，并通过自主生成的密钥对外部数据进行签名，再传输到区块链平台。
2.如权利要求1所述的一种区块链预言机网络，其特征在于，所述预言机通过共识算法进行通讯连接，实现外部数据的共享。
3.如权利要求2所述的一种区块链预言机网络，其特征在于，所述共识算法包括POW、POA和DPOS。
4.一种基于权利要求1-3任一所述区块链预言机网络的数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建预言机网络，并自主生成预言机密钥，采用密钥对采集的数据进行签名，预言机密钥包括钱包地址、公钥和私钥；
(2)网络中的预言机通过共识算法进行互相通信，实现外部数据的共享；
(3)区块链平台发送认证信息到所有预言机，每个预言机分别对认证信息进行解密，当任一预言机解密成功后即可发送外部数据到区块链平台。
5.如权利要求4所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述预言机密钥生成步骤为：
S1：从字典中中选取单词构建智能辅助助记词词库；
S2：从构建的智能辅助助记词词库选取n个单词组成词组生成m个助记词；
S3：采用密钥拉伸函数对助记词进行增强得到根密钥，进而生成私钥；
S4：利用椭圆曲线算法，将私钥生成公钥，同时将公钥存储在在线钱包。
6.如权利要求5所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述S1中，从字典中选取的单词需符合以下要求：
1)选择前4个字母不相同的单词；
2)选择字母相同率小于80％的单词；
3)使用规范化形式兼容性分解以UTF-8编码；
4)单词列表按照单词第一个字母以字母表顺序排序；
5)使用字典树。
7.如权利要求5所述的一种数据传输方法，其特征在于，所述助记词生成步骤如下：
1)从构建的智能辅助助记词词库选取n个单词生成一个长度为L的第一序列；
2)采用哈希算法计算第一序列的哈希值，并将哈希值的前K位作为第一序列的校验码，K＝L/32；
3)将第一序列和校验码进行组合得到第二序列，即第一序列+校验码；
4)将第二序列分成m组即得到m个二进制数，m＝(L+K)/11,再用每个二进制数查询BIP39协议定义的单词表，得到m个助记词。
8.如权利要求5所述的一种提高数据传输安全性的方法，其特征在于，所述S3包括：
S3-1：采用PBKDF2函数，将助记词和盐作为输入参数，然后重复进行运算最终生成根密钥；
S3-2：采用不可逆的HMAC-SHA512算法对根密钥进行推算，得到512位的哈希串，则哈希串的前256位是私钥。
9.如权利要求书5所述的一种提高数据传输安全性的方法，其特征在于，所述盐包括常量字符串和密码。
10.如权利要求书5所述的一种提高数据传输安全性的方法，其特征在于，所述S5中，公钥是通过椭圆曲线密码学来生成：K＝k*G，K表示公钥即是椭圆曲线的一个点；k表示私钥，为用户随机生成；G表示为椭圆曲线的基点。
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