CN113438214B - 一种域名管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于互联网技术领域，提供了一种域名管理系统，包括：主链以及与主链连接的至少一个从链，各个从链对应不同的地域；主链中的主链节点为顶级域名服务器，主链节点用于对主链中的域名交易进行记账和确认；从链中的从链节点为次级域名服务器，从链节点用于对从链中的域名交易进行记账和确认；主链与从链通过网关节点连接；其中，网关节点为主链和从链的共有节点，网关节点用于将从链中的域名交易签名后提交至主链。本发明能够有效提高DNS系统的安全性和服务性能。

Description

一种域名管理系统
技术领域
本发明属于互联网技术领域，尤其涉及一种域名管理系统。
背景技术
域名管理系统(Domain Name System，DNS)是互联网中的重要组成部分，其主要功能是为网络用户完成域名到IP地址的转换服务。
尽管现在的DNS系统已经能够满足网络的需求，但由于DNS系统是一个树形的中心化系统，在结构和服务上具有高度的集中性，这种中心化管理模式给整个域名系统的稳定运行带来了潜在的隐患和风险，随着互联网的快速发展，传统的DNS系统在性能和安全方面都面临着很大的挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种域名管理系统，以解决现有的DNS系统安全性差、性能低的问题。
本发明实施例提供了一种域名管理系统，包括：
主链以及与主链连接的至少一个从链，各个从链对应不同的地域；
主链中的主链节点为顶级域名服务器，主链节点用于对主链中的域名交易进行记账和确认；
从链中的从链节点为次级域名服务器，从链节点用于对从链中的域名交易进行记账和确认；
主链与从链通过网关节点连接；其中，网关节点为主链和从链的共有节点，网关节点用于将从链中的域名交易签名后提交至主链。
可选的，域名管理系统的域名管理流程为：
从链的主节点接收从链对应地域的服务器发送的域名管理请求；其中，域名管理请求包括域名注册、域名更新和域名注销；
从链的主节点对域名管理请求进行确认，并将域名管理请求广播至从链和主链的各个节点进行交易共识，以及在交易共识完成后将域名管理请求的确认信息反馈至服务器。
可选的，域名管理系统的共识流程为：
从链的主节点通过共识算法将域名管理请求广播至从链的各个节点进行从链共识；
从链的网关节点将域名管理请求签名后提交至主链的主节点；
主链的主节点通过共识算法将域名管理请求广播至主链的各个节点进行主链共识。
可选的，共识算法为PBFT算法。
可选的，从链通过可验证随机函数在从链的各个从链节点中选取从链的主节点，主链通过可验证随机函数在主链的各个主链节点中选取主链的主节点。
可选的，从链的各个从链节点均通过可验证随机函数抽取各自的随机值，并将各自的节点公钥和随机值在从链中进行广播；
各个从链节点在接收到其它从链节点广播的节点公钥和随机值后，将随机值最大的从链节点的节点公钥在从链中进行广播；
若某个从链节点接收到自己的节点公钥的数量不小于预设阈值，则该从链节点将自己确定为从链的主节点。
可选的，从链的预设阈值为从链中从链节点总数的三分之二。
可选的，域名管理系统的域名查询流程为：
从链中的任意一个从链节点接收从链对应地域的服务器发送的域名查询请求，并在从链的数据库中查询域名查询请求中的域名的IP地址；
若查询到域名查询请求中的域名的IP地址，则将IP地址发送至服务器；
若未查询到域名查询请求中的域名的IP地址，则主链中的任意一个主链节点接收服务器发送的域名查询请求，并在主链的数据库中查询域名查询请求中的域名的IP地址，将IP地址发送至服务器。
可选的，主链中的任意一个主链节点接收服务器发送的域名查询请求后，还对域名查询请求的合法性进行验证，若域名查询请求不合法，则向服务器发送请求错误提示信息。
可选的，主链与每个从链均对应至少两个网关节点。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明提出的域名管理系统，改变了传统DNS系统的树状存储结构，通过各个顶级域名服务器构建主链和各个次级域名服务器构建从链，形成去中心化的对等网络来维护网络中的域名数据，能够保证域名数据的不可篡改和可追溯性，提高了DNS系统的安全性；通过根据不同的地域需求构建相应的从链，各个地域的客户端通过各自地域对应的从链进行域名查询，有效提高了系统的服务性能。本发明能够有效提高DNS系统的安全性和服务性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的传统DNS系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的域名管理系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的域名管理系统主从链连接关系示意图；
图4是本发明实施例提供的共识流程示意图；
图5是本发明实施例提供的域名查询流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参照图1所示，传统的DNS系统为树状存储结构，系统中最顶层为根域名服务器，第二层为顶级域名服务器(包含通用顶级域名和各个国家的顶级域名)，下一层为各顶级域名对应的二级域名服务器、三级域名服务器等，这种中心化管理模式给整个DNS系统的稳定运行带来了潜在的隐患和风险。
区块链技术给域名管理系统提供了新的解决方案，区块链技术具有去中心化、透明、不可变、可追溯的特点，可以解决传统的中心化DNS系统中数据存储在单一节点上的不安全问题和单节点性能维护成本高昂的问题；并且，在区块链中存储的数据是可以追溯的，网络中的每一个完整节点都有附带时间戳交易的完整备份，在网络中的交易都需要实现共识，因此区块链系统的数据是不可篡改的，安全性高。
由此，本发明实施例提供了一种域名管理系统，如图2所示，该域名管理系统具体包括：
主链以及与主链连接的至少一个从链，各个从链对应不同的地域。
主链中的主链节点为顶级域名服务器，主链节点用于对主链中的域名交易进行记账和确认。
从链中的从链节点为次级域名服务器，从链节点用于对从链中的域名交易进行记账和确认。
主链与从链通过网关节点连接；其中，网关节点为主链和从链的共有节点，网关节点用于将从链中的域名交易签名后提交至主链。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，主链与每个从链均对应至少两个网关节点。
在本发明实施例中，DNS架构主要分为两层，第一层是以顶级域名服务器为成员节点的主链，主链只有一个，主链的功能与原DNS系统中的根服务器作用相同。
第二层是根据实际地域需求构建的至少一个从链，从链的成员节点为次级域名服务器，每个从链对应一个地域。
进一步的，如图3所示，主链与各个从链通过网关节点连接。网关节点作为网络中的受信任实体，同时属于主链和从链，并作为公证人节点参与从链中的域名交易以及将域名交易签名后提交至主链，为保证系统的稳定性，从链与主链可以通过两个或两个以上的网关节点连接。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，域名管理系统的域名管理流程为：
从链的主节点接收从链对应地域的服务器发送的域名管理请求；其中，所述域名管理请求包括域名注册、域名更新和域名注销；
从链的主节点对所述域名管理请求进行确认，并将所述域名管理请求广播至从链和主链的各个节点进行交易共识，以及在交易共识完成后将所述域名管理请求的确认信息反馈至所述服务器。
在本发明实施例中，域名注册、域名更新和域名注销均需要客户端通过本地的服务器向从链中的主节点发起域名管理请求，从链的主节点接收从链对应地域的服务器发送的域名管理请求后，对请求内容进行审查，并通过共识算法对域名管理请求进行区块链节点认证，认证完成后将请求确认信息返回至客户端，完成对域名的管理。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，域名管理系统的共识流程为：
从链的主节点通过共识算法将域名管理请求广播至从链的各个节点进行从链共识；
从链的网关节点将域名管理请求签名后提交至主链的主节点；
主链的主节点通过共识算法将域名管理请求广播至主链的各个节点进行主链共识。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，共识算法为PBFT算法。
PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法)是联盟币共识算法的基础，其实现了在有限个节点的情况下的拜占庭问题，有3f+1的容错性，并同时保证一定的性能，且能够解决原始拜占庭容错算法效率不高的问题。需要指出的是，在本发明实施例中，也可以采用其它共识算法，本发明对此不进行限定。
在本发明实施例中，不同的从链中可以采用不同的共识算法，如图4所示，以PBFT算法为例，介绍本发明实施例的域名管理系统的共识流程：
(1)请求交易
客户端将交易请求(域名管理请求)发送至对应从链的主节点。
(2)从链共识
预准备阶段：从链的主节点接收到客户端的交易请求后，对交易进行验证，不合法的交易将被丢弃，合法的交易将被签名后广播。
准备阶段：从链的从节点收到主节点的广播后对交易进行验证，验证通过后在从链中进行广播。
确认阶段：从链的主节点收到从节点的验证信息后，确认并响应客户端；从链的网关节点收到从节点的验证后，对交易进行签名，并将交易提交至主链，在主链中请求交易。
(3)主链共识
预准备阶段：网关节点将交易提交至主链的主节点，主节点验证交易的合法性，对合法交易进行广播。
准备阶段：主链的从节点接收到主节点的广播后对交易进行验证，验证通过后在主链中进行广播。
确认阶段：主链的主节点接收到从节点的验证广播后，对交易进行保存，并将交易成功的信息响应至网关节点。
(4)响应阶段
网关节点收到主链的确认信息后，响应客户端，客户端接收到网关节点的确认信息，完成交易。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，从链通过可验证随机函数在从链的各个从链节点中选取从链的主节点，主链通过可验证随机函数在主链的各个主链节点中选取主链的主节点。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，
从链的各个从链节点均通过可验证随机函数抽取各自的随机值，并将各自的节点公钥和随机值在从链中进行广播；
各个从链节点在接收到其它从链节点广播的节点公钥和随机值后，将随机值最大的从链节点的节点公钥在从链中进行广播；
若某个从链节点接收到自己的节点公钥的数量不小于预设阈值，则该从链节点将自己确定为从链的主节点。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，从链的预设阈值为从链中从链节点总数的三分之二。
在本发明实施例中，主链节点、从链节点和网关节点均需要执行VRF算法(Verifiable Random Functions，可验证随机函数)进行主节点选取，具体的，以从链为例，从链的主节点选取过程如下：
(1)从链的各个从链节点均通过VRF算法抽取各自的随机值：
(proof,value)＝VRF_Value(s,SK)
其中，s是区块高度，SK是节点的私钥，proof是对随机值的证明，value是VRF输出的随机值。
(2)从链节点将各自的随机值及节点公钥进行广播，广播内容为：
(proof,value,PK)
其中，PK为节点公钥。
(3)各个从链节点在接收到其它从链节点广播的节点公钥和随机值后，通过验证函数比较随机值，选举随机值最大的从链节点为主节点，并将节点公钥在从链中进行广播；其中，验证函数为：
YES/NO＝VRF_Verify(PK,s,proof,value)
(4)若某个从链节点接收到自己的节点公钥的数量不小于从链节点总数的三分之二，则该从链节点将自己确定为从链的主节点。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，域名管理系统的域名查询流程为：
从链中的任意一个从链节点接收从链对应地域的服务器发送的域名查询请求，并在从链的数据库中查询域名查询请求中的域名的IP地址；
若查询到域名查询请求中的域名的IP地址，则将IP地址发送至服务器；
若未查询到域名查询请求中的域名的IP地址，则主链中的任意一个主链节点接收服务器发送的域名查询请求，并在主链的数据库中查询域名查询请求中的域名的IP地址，将IP地址发送至服务器。
可选的，作为本发明实施例提供的域名管理系统的一种具体的实施方式，主链中的任意一个主链节点接收服务器发送的域名查询请求后，还对域名查询请求的合法性进行验证，若域名查询请求不合法，则向服务器发送请求错误提示信息。
在本发明实施例中，如图5所示，域名管理系统的域名查询流程具体包括以下步骤：
(1)客户端发起域名查询请求，首先查询客户端的DNS缓存和hosts文件，如果存在查询结果，则查询结束，否则客户端将请求发送至本地的服务器，即图5中所示的本地域名服务器。
(2)本地域名服务器收到域名查询请求后在服务器缓存中查询，如果存在查询结果，则将查询结果反馈至客户端，查询结束；否则，本地域名服务器将域名查询请求发送至对应的从链。
(3)从链接收到域名查询请求后，在从链分布式数据库中查询域名的IP地址，若存在查询结果，则将查询结果发送到本地域名服务器。
(4)若从链没有查询到域名的IP地址，则本地域名服务器向主链发送域名查询请求。
(5)主链接收到域名查询请求后，在主链分布式数据库中查询域名的IP地址，并将查询结果发送到本地域名服务器。
(6)本地域名服务器将查询结果发送至客户端，查询结束。
在本发明实施例中，通过仿真软件多通道模拟主链和从链的域名存储和交易流程，验证系统在不同交易量和并发等级时的并发吞吐量和时延，对域名管理系统进行测试：
在并发测试中，测得查询域名时主链的平均访问时延为30.66ms，从链的平均访问时延为18.72ms，与传统DNS系统的域名查询流程相比，降低了域名查询的时延。由此可知，本发明实施例提出的域名管理系统可以有效降低解析的时延，具有较好的性能。
由以上内容可知，本发明提出的域名管理系统，改变了传统DNS系统的树状存储结构，通过各个顶级域名服务器构建主链和各个次级域名服务器构建从链，形成去中心化的对等网络来维护网络中的域名数据，能够保证域名数据的不可篡改和可追溯性，提高了DNS系统的安全性；通过根据不同的地域需求构建相应的从链，各个地域的客户端通过各自地域对应的从链进行域名查询，降低了域名查询的时延，提高了系统的服务性能。本发明能够有效提高DNS系统的安全性和服务性能。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种域名管理系统，其特征在于，包括：
主链以及与所述主链连接的至少一个从链，各个从链对应不同的地域；
所述主链中的主链节点为顶级域名服务器，所述主链节点用于对主链中的域名交易进行记账和确认；
所述从链中的从链节点为次级域名服务器，所述从链节点用于对从链中的域名交易进行记账和确认；
所述主链与所述从链通过至少两个网关节点连接；其中，所述网关节点为所述主链和所述从链的共有节点，所述网关节点用于将所述从链中的域名交易签名后提交至所述主链；
所述域名管理系统的域名管理流程为：
从链的主节点接收从链对应地域的服务器发送的域名管理请求；其中，所述域名管理请求包括域名注册、域名更新和域名注销；
从链的主节点对所述域名管理请求进行确认，并将所述域名管理请求广播至从链和主链的各个节点进行交易共识，以及在交易共识完成后将所述域名管理请求的确认信息反馈至所述服务器；
所述域名管理系统的域名查询流程为：
从链中的任意一个从链节点接收从链对应地域的服务器发送的域名查询请求，并在从链的数据库中查询所述域名查询请求中的域名的IP地址；
若查询到所述域名查询请求中的域名的IP地址，则将所述IP地址发送至所述服务器；
若未查询到所述域名查询请求中的域名的IP地址，则主链中的任意一个主链节点接收所述服务器发送的域名查询请求，并在主链的数据库中查询所述域名查询请求中的域名的IP地址，将所述IP地址发送至所述服务器。
2.如权利要求1所述的域名管理系统，其特征在于，所述域名管理系统的共识流程为：
从链的主节点通过共识算法将所述域名管理请求广播至从链的各个节点进行从链共识；
从链的网关节点将所述域名管理请求签名后提交至主链的主节点；
主链的主节点通过共识算法将所述域名管理请求广播至主链的各个节点进行主链共识。
3.如权利要求2所述的域名管理系统，其特征在于，所述共识算法为PBFT算法。
4.如权利要求2所述的域名管理系统，其特征在于，所述从链通过可验证随机函数在从链的各个从链节点中选取从链的主节点，所述主链通过可验证随机函数在主链的各个主链节点中选取主链的主节点。
5.如权利要求4所述的域名管理系统，其特征在于，
从链的各个从链节点均通过可验证随机函数抽取各自的随机值，并将各自的节点公钥和随机值在从链中进行广播；
各个从链节点在接收到其它从链节点广播的节点公钥和随机值后，将随机值最大的从链节点的节点公钥在从链中进行广播；
若某个从链节点接收到自己的节点公钥的数量不小于预设阈值，则该从链节点将自己确定为从链的主节点。
6.如权利要求5所述的域名管理系统，其特征在于，从链的预设阈值为从链中从链节点总数的三分之二。
7.如权利要求1所述的域名管理系统，其特征在于，主链中的任意一个主链节点接收所述服务器发送的域名查询请求后，还对所述域名查询请求的合法性进行验证，若所述域名查询请求不合法，则向所述服务器发送请求错误提示信息。
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