CN113297561A - 基于sgx和区块链的高考资格认证系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于区块链技术领域，具体为一种基于SGX和区块链的高考资格认证系统。其包括4层设计：应用层，主要为学校的老师和学生提供接入系统的Web客户端，将数据信息传输至合约层；合约层，编写智能合约并安装在SGX中，通过SGX的机密性和完整性来保证智能合约的正确运行，将运行结果发送到其他学校节点进行共识。共识层，以地区为单位划分，采用PBFT的共识协议来完成对数据的一致性保证，共识后的结果经合约层加密后交由数据持久层。数据持久层，采用MongoDB进行数据持久化，并且按照区块链的存储性质以前一块的Hash为连接点进行连接。本发明能有效实现高考资格认证，筛查出高考移民的考生。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于SGX和区块链的高考资格认证系统。
背景技术
目前对于高考资格认证的判断大部分是基于人工审核，审核通过后在系统上进行报名，而且由于“异地高考”政策的推出，使得对“高考移民”的准确判断更加困难，因为无法分辨学生到底是异地高考还是高考移民。目前的高考资格认证存在以下问题：对于学生提供的证明资料无法进行准确的判断，大部分直接依据学校为其提供的学习证明等纸质材料进行人工判断；同时学生教育信息的存储方式是明文存储，作弊者可以通过非正常手段很容易获得学生的教育信息；数据的存储方式也过于中心化，容易出现单点故障从而影响考生的报考流程，遗憾终生。
区块链技术的不可篡改、多方计算和可追溯特性虽然完美针对“高考移民”的难判断问题，但是传统区块链技术的存储方式是透明账本存储，这无法对学生的教育信息起到保护作用，这就需要对区块链技术进行改造。传统的联盟链虽然可以保证智能合约的完整性，但是节点提供的交易信息不能保证其合法性，需要在网络中进行共识来验证其合法性，这就影响了其执行效率。我们可以转换思路，在源头上提高数据信息的作弊成本，同时使用SGX来保证智能合约的安全可靠执行，这样就不需要别的节点在验证时进行模拟执行，只需要验证结果和SGX提供的凭证就可以完成验证。以SGX和联盟链为基础，并在此基础上实现一套高考资格认证系统。
发明内容
针对现有的高考资格认证存在的问题，本发明提供一种基于SGX和区块链的高考资格认证系统，用来解决高考中存在的高考移民和空挂学籍等问题。
本发明提供一种基于SGX和区块链的高考资格认证系统，其将考生信息存储在区块链中，待进行高考资格认证时，通过区块链上的存储信息来判断该考生是否具备高考资格；该系统包括学校节点和教育局节点；其中学校节点负责的是学生信息的收集、生成、上链和高考资格审查；教育局节点负责的是学校节点的密钥对的颁发，智能合约的制定。按照系统设计层次角度划分，其包括4层设计：第一层为应用层，主要为学校的老师和学生提供接入系统的web客户端，将数据信息传输至合约层。第二层为合约层，编写智能合约，并部署在SGX中，通过SGX的机密性和完整性来保证智能合约的正确运行，将运行结果发送到其他学校节点进行共识；第三层为共识层，以地区为单位划分，采用准入机制，采用PBFT的共识协议来完成对数据的一致性保证，共识后的结果经合约层加密后交由数据持久层；第四层为数据持久层，采用MongoDB进行数据持久化，并且按照区块链的存储性质以前一块的Hash为连接点进行连接。
上述基于SGX和区块链技术的高考资格认证系统有三大核心工作流程，分别如下：
环境配置流程：
（1）根据当地的报考资格编写智能合约。教育局节点合约方法为根密钥生成功能。学校节点合约方法为子密钥生成功能、创建数据信息功能、上链功能、验证功能和追溯功能。
（2）学校节点在第一次加入该区块链网络时需要向教育局节点申请密钥。
（3）教育局节点批准学校节点的申请后，会在本地节点中对该学校进行编号并记下该学校的根密钥和编号信息。
（4）教育局节派出工作人员去学校节点进行系统的搭建工作。
（5）完成系统搭建后的学校节点在第一次与教育局节点进行通信时会对学校节点中智能合约的正确性与完整性进行验证。
上传信息流程：
（1）学校节点的老师和年级主任根据其管理的班级或者年级在web界面根据所属学校班级和年级进行注册；学生则根据自己的身份证信息在系统中获得密钥对。
（2）学生在完成一个学年的学习之后，系统会根据学校所存储的该学生的学年信息为学生生成两个教育信息清单，教育信息清单会依次经过班主任和年级主任及校长进行签名后，学生验证无误后用自己的私钥对这其中一张表单进行签名，另一张留来验证。
（3）学校节点在获取完每个学生的教育信息之后会依次根据班级和年级将信息分类，分类后的信息以学校编号和学年为名封装成块，广播给其他学校节点进行验证。
（4）每个学校节点在收到别的学校发来的块后，会获取到该学校对应的公钥，依次对块中的信息进行验证，验证通过后的块会被复制一份留在本地并给予确认回复。
（5）学校节点在验证完所有其他节点的块信息后，会按照块的编号顺序开始上链操作。同时满足高考报名条件的学生信息会被复制一份到高考信息池中；验证失败的信息则会被放入非法信息池中。
（6）高考信息池中的信息会被进行追溯功能处理，通过的信息则被标记为通过；否则会被放入非法信息池中。
（7）同步所有节点的非法信息池数据信息后并公布作弊数据信息。
追溯（高考资格认证）功能流程：
（1）获取高考信息池中学生的教育信息。
（2）根据教育信息定位到其所属的块。
（3）利用默克尔树快速验证的特性，快速判断是否存在该学生的教育信息及生活信息是否异常。
（4）按照追溯功能的条件要求重复2-3步骤，直到满足所有条件要求或有一项条件不满足。
（5）输出追溯功能的结果。
对考生进行追溯功能的结果即为该考生是否具备高考报名的资格结果，通过本发明可以有效的筛查出高考移民和空挂学籍等作弊考生。
本发明的合约层代码编写需要由教育局节点安排相关技术人员并结合当地的异地高考报名要求进行编写，编写成功后的合约被部署在每个学校节点的SGX中。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明利用区块链的不可篡改特性，将学生信息每学年进行一次存储，待到高考认证的时候去遍历这些历史区块来查看学生是否具备报考高考的条件。同时本发明记录的学生信息详细到学生的生活信息和考试信息，并且该信息清单最终上传需要多人进行签名，这极大的提高了作弊门槛。
附图说明
图1为本发明的系统概念图。
图2为注册界面。
图3为签名界面。
图4为异地高考政策界面。
图5为高考认证结果界面。
图6为上链学生信息的数据持久化界面。
具体实施方式
本发明包括4层设计：第一层为应用层设计，主要为学校的老师和学生提供接入系统的web页面，并将数据信息传输至合约层。第二层为合约层，本发明的智能合约采用C++编写，并部署在SGX中，通过SGX的机密性和完整性来保证智能合约的正确运行，将运行结果发送到其他学校节点进行共识。第三层为共识层，本发明以地区为单位划分，并且是准入机制，所以其规模不会过度膨胀，共识层采用PBFT的共识协议来完成对数据的一致性保证，共识后的结果交由数据层。第四层为持久层，本发明采用MongoDB进行数据持久化，并且按照区块链的存储性质以前一块的HASH为连接点进行连接。
本发明是高考资格认证系统，所以联盟链中的角色根据业务场景分为2类（学校和教育局），6个角色（审查人员、工作人员、校长、年级主任、班主任和学生）。
学校节点：本系统的成员节点，数据信息的收集单位和记录单位，不可信任，权力来源于教育局节点。
教育局节点：本系统的CA中心，政府部门，高考的管理者，负责监督成员节点的信息。
下面是6个角色的职责内容：
（1）审查人员：隶属于教育局部门。主要任务是对怀疑信息进行追溯功能的调用。
（2）工作人员：隶属于教育局部门。主要任务是对联盟新节点进行SGX环境搭建和智能合约部署安装。
（3）校长：学校节点的管理者，从教育局节点获取第一代子私钥，拥有管理其私钥扩充的所有私钥的权力。主要任务是对学生信息进行背书签名，拥有对数据提供额外证明的权力。
（4）年级主任：隶属于学校部门。主要任务是对学生信息进行背书签名。
（5）班主任：隶属于学校部门。主要任务是对学生信息进行背书签名。
（6）学生：归属于学校。系统中数据信息的创建者和持有者。
本发明提供的基于SGX和区块链技术的高考资格认证系统的工作流程如下：
第一步是工作人员在web界面进行注册，账号名是规定的，例如：01/02/03代表1号学校2年级3班，密码则自行设置，如图2。
第二步，注册成功后登陆到主界面,可以选择学生信息签名，待签名的学生信息都是来源于学校节点管理的数据库，且学生会根据所属班级进行配对。
第三步，确认无误后可以选择确认签名，确认签名后会继续弹出其他的学生信息，如图3。
第四步，主要是因为各地区对于异地高考的政策要求不同，所以特在此列出公示，如图4。
第五步，对于已经完成高三学业且准备申请高考的学生，系统会自动对这些学生进行追溯判断，根据区块链中的存证信息来判断此学生是否具有报考资格，如果报考失败，则将报考失败的学生信息在系统进行公示，如图5。
第六步，如图6非高考生的教育信息以学校为单位加密存储在MongoDB中，系统中数据的存储以秘文方式存储，明文只会出现在SGX的安全区中。
以上为本发明的主要工作流程，本发明的目的是要解决当今环境下对于异地高考还是高考移民无法进行准确区分的问题，利用SGX和区块链技术设计的高考资格认证系统可以在保护学学生信息的同时又能准确找出高考移民的作弊学生。
本发明基于SGX和区块链地高考资格认证系统具有以下特点，第一点：基于SGX的隐私保护，将智能合约安装到SGX中，利用SGX的机密性和完整性保证智能合约的安全执行和内部数据不被泄露。第二点：为了保证对不可信的成员节点实现权限控制，系统中采用了分层密钥实现权限控制，根密钥由政府部门管理，子密钥则被分发到学校各级工作人员手中。再者为了防止链下的“走后门”的情况，系统要求学生的教育信息被多方签名认证才能进行上链，为了解决多重签名带来的性能问题，本系统采用的签名算法是可以进行聚合签名的Schnorr签名，可以将多重签名进行聚合并且进行聚合验证。
Claims (2)
1.一种基于SGX和区块链的高考资格认证系统，其特征在于，其将考生信息存储在区块链中，待进行高考资格认证时，通过区块链上的存储信息来判断该考生是否具备高考资格；该系统包括学校节点和教育局节点；其中学校节点负责的是学生信息的收集、生成、上链和高考资格审查；教育局节点负责的是学校节点的密钥对的颁发，智能合约的制定；按照系统设计层次角度划分，其包括4层设计：第一层为应用层，主要为学校的老师和学生提供接入系统的web客户端，将数据信息传输至合约层；第二层为合约层，编写智能合约，并部署在SGX中，通过SGX的机密性和完整性来保证智能合约的正确运行，将运行结果发送到其他学校节点进行共识；第三层为共识层，以地区为单位划分，采用准入机制，采用PBFT的共识协议来完成对数据的一致性保证，共识后的结果经合约层加密后交由数据持久层；第四层为数据持久层，采用MongoDB进行数据持久化，并且按照区块链的存储性质以前一块的Hash为连接点进行连接。
2.根据权利要求1所述的基于SGX和区块链的高考资格认证系统，其特征在于，工作流程包括以下三个部分：
一）环境配置流程
（1）根据当地的报考资格编写智能合约，教育局节点合约方法为根密钥生成功能；学校节点合约方法为子密钥生成功能、创建数据信息功能、上链功能、验证功能和追溯功能；
（2）学校节点在第一次加入该区块链网络时向教育局节点申请密钥；
（3）教育局节点批准学校节点的申请后，在本地节点中对该学校进行编号并记下该学校的根密钥和编号信息；
（4）教育局节派出工作人员去学校节点进行系统的搭建工作；
（5）完成系统搭建后的学校节点在第一次与教育局节点进行通信时对学校节点中智能合约的正确性与完整性进行验证；
二）上传信息流程
（1）学校节点的老师和年级主任根据其管理的班级或者年级在web界面根据所属学校班级和年级进行注册；学生则根据自己的身份证信息在系统中获得密钥对；
（2）学生在完成一个学年的学习之后，系统会根据学校所存储的该学生的学年信息为学生生成两个教育信息清单，教育信息清单会依次经过班主任和年级主任及校长进行签名后，学生验证无误后用自己的私钥对这其中一张表单进行签名，另一张留来验证；
（3）学校节点在获取完每个学生的教育信息之后会依次根据班级和年级将信息分类，分类后的信息以学校编号和学年为名封装成块，广播给其他学校节点进行验证；
（4）每个学校节点在收到别的学校发来的块后，获取到该学校对应的公钥，依次对块中的信息进行验证，验证通过后的块会被复制一份留在本地并给予确认回复；
（5）学校节点在验证完所有其他节点的块信息后，按照块的编号顺序开始上链操作，同时满足高考报名条件的学生信息会被复制一份到高考信息池中；验证失败的信息则会被放入非法信息池中；
（6）高考信息池中的信息进行追溯功能处理，通过的信息则被标记为通过；否则会被放入非法信息池中；
（7）同步所有节点的非法信息池数据信息后并公布作弊数据信息；
三）追溯功能流程
（1）获取高考信息池中学生的教育信息；
（2）根据教育信息定位到其所属的块；
（3）利用默克尔树快速验证的特性，快速判断是否存在该学生的教育信息及生活信息是否异常；
（4）按照追溯功能的条件要求重复2-3步骤，直到满足所有条件要求或有一项条件不满足；
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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