CN113449032A - 一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统及方法。系统包括可信注册机构、可信签证机构、共识节点和客户端，方法包括系统初始化、客户端注册及认证、数据交互、数据认证和数据上链。系统初始化用于生成系统公共参数、系统公钥、系统私钥、密文策略属性加密公钥和主密钥；客户端注册及认证用于生成事务发起方公钥、事务发起方私钥、事务发起方解密私钥、事务发起方公钥证书、事务接收方公钥、事务接收方私钥、事务接收方解密私钥、事务接收方公钥证书；数据认证用于对事务数据历史进行双签名；数据上链用于离链客户端接入共识节点或链上客户端的数据一致上链。本发明可以解决区块链系统中客户端的离链数据交互的安全与可验证问题。

Description

一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统及方法

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及一种区块链离链数据交互系统及方法，特别是涉及一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统及方法。

背景技术

现有的区块链离链方案集中在离链支付通道和离链事务通道两个方向。离链支付通道采用支付锁定机制和寻路算法实现离链用户之间的小额高频次交易，而离链事务通道引入可信或非可信的第三方作为离链事务见证人实现离链事务交互。在现有方案中，只能实现客户端在离开区块链和共识节点之后的离链通道，且需要依赖其他节点进行通信，并非离开网络。

然而，在物流区块链的应用场景下，节点和客户端之间的通信受环境实时影响极大。为了保证区块链系统随时可用，需要考虑客户端无法与节点交互的离链情形，即离链数据交互。

区块链客户端会因为网络限制或遭受攻击而无法加入任何一个网络，成为无法和任何链上客户端交互的离链客户端。为了实现离链客户端的事务数据交互，并为离链事务数据的数据上链提供一致的离链数据，本发明提出了一种数据上链可验证的区块链离链数据交互方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种在节点离链情形下依然可以进行数据交互且支持上链时数据可验证的区块链离链数据交互系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统，包括：可信注册机构、可信签证机构、共识节点和客户端；

所述可信注册机构是一个可信第三方机构，与可信签证机构共同完成对用户的注册和签证过程；

所述可信签证机构是一个可信第三方机构，与可信注册机构共同完成对用户的注册和签证过程；

所述共识节点是区块链网络中负责共识和维护区块链数据一致性的节点。共识节点实时运行在区块链网络中，收集客户端发送给节点的事务数据项或者离链事务列表，经过事务规则验证和共识，将这些数据打包成一致的新区块，并记录到区块链上；

所述客户端是区块链网络中进行事务数据交互的最小单位，包括链上客户端和离链客户端；当客户端产生的事务数据可以实时发送给共识节点时(无论是否经过其他可信客户端作为路由)，该客户端就被称为是链上客户端，否则被称为是离链客户端；

所述链上客户端指能够将客户端产生的事务数据实时发送给共识节点的客户端；

所述离链客户端指无法将客户端产生的事务数据实时发送给共识节点的客户端，包括事务发起方和事务接收方；

所述事务发起方是离链运行协议中发起事务数据交互的一方，负责构造事务数据和事务数据密文，认证事务接收方产生的待认证数据项，并维护、更新事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表；

所述事务接收方是离链运行协议中接收事务数据的一方，负责验证事务数据和事务数据密文，完成或者监督完成事务数据中陈述的事务具体内容，认证事务发起方产生的待认证数据项，并维护、更新事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表。

当新的客户端加入区块链网络时，可信注册机构负责对客户端注册；客户端注册的内容包括客户端真实身份与客户端假名。

当新的客户端完成在可信注册机构的客户端注册后，可信签证机构需要根据客户端真实身份和客户端假名，为客户端颁发客户端公钥和客户端私钥；

一种数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，包括以下步骤：系统初始化、客户端注册及认证、数据交互、数据认证和数据上链；

系统初始化用于生成系统公共参数、系统公钥、系统私钥、密文策略属性加密公钥和密文策略属性加密主密钥；

客户端注册及认证用于生成事务发起方公钥、事务发起方私钥、事务发起方解密私钥、事务发起方公钥证书、事务接收方公钥、事务接收方私钥、事务接收方解密私钥、事务接收方公钥证书；

数据认证用于对事务数据历史进行双签名；

数据上链用于离链客户端接入共识节点或链上客户端的数据一致上链。

系统初始化具体过程为：首先，可信签证机构输入安全参数1^λ，输出系统公共参数pp_sig；然后，可信签证机构输入系统公共参数pp_sig，输出系统公钥pk_CA和系统私钥sk_CA；最后，可信签证机构输入安全参数1^λ，输出密文策略属性加密公钥和密文策略属性加密主密钥。

客户端注册及认证具体过程为：

在事务发起方一侧，事务发起方输入系统公共参数pp_sig、事务发起方假名pse_send和事务发起方真实身份ID_send，输出事务发起方公钥pk_send和事务发起方私钥sk_send；

可信注册机构输入事务发起方假名pse_send和事务发起方真实身份ID_send，验证事务发起方真实身份，验证事务发起方假名是否唯一；

可信注册机构向可信签证机构请求颁发事务发起方证书，过程如下：

首先，可信签证机构接收到可信注册机构为事务发起方提出的颁证请求后，输入事务发起方真实身份ID_send、事务发起方假名pse_send、密文策略属性加密主密钥MK和属性集合S，输出密文策略属性加密的事务发起方解密私钥；

属性集合是由用户属性组成的集合，用户属性包括用户名称、工作单位、权限。

然后，可信签证机构接收到可信注册机构为事务发起方提出的颁证请求后，输入事务发起方假名pse_send和事务发起方公钥pk_send，输出事务发起方公钥证书Cert_send；

最后，可信签证机构通过可信注册机构将事务发起方公钥证书Cert_send和事务发起方解密私钥返回给事务发起方；

在事务接收方一侧，事务接收方输入系统公共参数pp_sig、事务接收方假名pse_receive和事务接收方真实身份ID_receive，输出事务接收方公钥pk_receive和事务接收方私钥sk_receive；

可信注册机构输入事务接收方假名pse_receive和事务接收方真实身份ID_receive，验证事务接收方真实身份，验证事务接收方假名是否唯一；

可信注册机构向可信签证机构请求颁发事务接收方证书，过程如下：

首先，可信签证机构接收到可信注册机构为事务接收方提出的颁证请求后，输入事务接收方真实身份ID_receive、事务接收方假名(pse_receive)、密文策略属性加密主密钥MK和属性集合S，输出密文策略属性加密的事务接收方解密私钥；

然后，可信签证机构接收到可信注册机构为事务接收方提出的颁证请求后，输入事务接收方假名pse_receive和事务接收方公钥pk_receive，输出事务接收方公钥证书Cert_receive；

最后，可信签证机构通过可信注册机构将事务接收方公钥证书Cert_receive和事务接收方解密私钥返回给事务接收方；

所述数据交互，用于记录事务发起方和事务接收方进行事务数据交互的结果，生成事务数据列表和事务数据哈希列表。

数据交互具体过程为：

在事务发起方一侧，事务发起方生成需要与事务接收方交互的事务数据，依据与该项事务有关的客户端身份，制定属性加密的密文策略T，并使用密文策略属性加密主密钥MK将事务数据加密为事务密文；

事务发起方将假名pse、事务密文CT和时间戳timestamp组成事务数据交互请求；

在事务接收方收到来自事务发起方的事务数据交互请求后，事务接收方使用事务接收方解密私钥对事务数据交互请求中的事务密文CT进行解密，得到明文下的事务数据Tra；

事务发起方和事务接收方执行事务数据交互请求中事务的具体内容，当事务在场景中完成后，事务发起方和事务接收方分别将本次进行事务数据交互的事务数据Tra记入各自的事务数据列表TL中。详细地讲，事务发起方将该项事务数据记入其自身拥有的本地事务数据列表，并增加相应的事务数据索引值

事务发起方的事务数据列表由TL_send，pre更新为TL_send。同样地，事务接收方将该项事务数据记入其自身拥有的本地事务数据列表，并增加相应的事务数据索引值

事务接收方的事务数据列表由TL_{receive，pre}更新为TL_receive；

事务结束后，在事务发起方一侧，事务发起方根据更新后的事务数据列表TL，更新本地维护的事务数据哈希列表THL_send。事务发起方计算新增事务数据项的哈希值TH_send，并将这个哈希值作为哈希树的新增叶节点，加入事务数据哈希列表的默克尔哈希树中，得到新的默克尔哈希树根节点

新增事务数据项的哈希值TH_send、新的默克尔哈希树根节点

和新增事务数据项索引值

被事务发起方记入其本地维护的事务数据哈希列表中，更新后得到事务数据哈希列表THL_send。其中，默克尔哈希树的第一个叶节点

为事务发送方在离链前记录的最后一个区块哈希值，此时默克尔哈希树根节点为

本身。其对应的事务数据哈希列表索引值为0，但不存在对应的事务数据项。

同时，在事务接收方一侧，事务接收方根据更新后的事务数据列表TL，更新本地维护的事务数据哈希列表THL_receive。事务接收方计算新增事务数据项的哈希值TH_receive，并将这个哈希值作为哈希树的新增叶节点，加入事务数据哈希列表的默克尔哈希树中，得到新的默克尔哈希树根节点

新增事务数据项的哈希值TH_receive、新的默克尔哈希树根节点

和新增事务数据项索引值

被事务发起方记入其本地维护的事务数据哈希列表中，更新后得到事务数据哈希列表THL_receive。其中，默克尔哈希树的第一个叶节点

为事务接收方在离链前记录的最后一个区块哈希值，此时默克尔哈希树根节点为

本身。其对应的事务数据哈希列表索引值为0，但不存在对应的事务数据项。

所述数据认证的具体过程为：

在事务发起方一侧，首先，事务发起方使用事务发起方私钥sk_send对更新后的事务数据哈希列表THL_send、默克尔哈希树根节点

和事务数据项索引值

进行签名σ_send；

然后，事务发起方将事务数据项索引值

事务数据哈希列表THL_send和默克尔哈希树根节点

与签名σ_send整理为发送给事务接收方的待认证数据项Cer_send，req；

最后，事务发起方发送待认证数据项给事务接收方；

同时，在事务接收方一侧，事务接收方先使用事务接收方私钥sk_receive对更新后的事务数据哈希列表THL_receive、默克尔哈希树根节点

和事务数据项索引值

进行签名σ_receive；

然后，事务接收方将事务数据项索引值

事务数据哈希列表THL_receive和默克尔哈希树根节点

与签名σ_receive整理为发送给事务发送方的待认证数据项Cer_{receive，req}；

最后，事务接收方发送待认证数据项给事务发送方；

在事务发起方收到来自事务接收方的待认证数据项后，事务发起方首先验证收到的待认证数据项中的本次事务数据项哈希值TH_receive、默克尔哈希树根节点

和签名σ_receive是否正确；

然后，事务发起方使用事务发起方私钥sk_send对接收到的待认证数据项进行签名，进行签名的内容需要包括事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值、事务接收方的事务数据哈希列表THL_receive、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_receive；

接着，事务发起方将事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据哈希列表THL_receive、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_receive和签名σ′_send组成认证回复Cer_{receive，rep}，并回复给事务接收方；

最后，事务发起方更新数据认证备份列表CSL_send，数据认证备份列表新增项主要由认证回复中的字段组成，但还需要额外附加上新增的己方索引值

在事务接收方收到来自事务发起方的待认证数据项后，事务接收方首先验证收到的待认证数据项中的本次事务数据项哈希值TH_send、默克尔哈希树根节点

和签名σ_send是否正确；

然后，事务接收方使用事务接收方私钥sk_receive对接收到的待认证数据项进行签名，进行签名的内容需要包括事务发起方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值、事务发起方的事务数据哈希列表THL_send、事务发起方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务发起方对本次待认证数据项的签名σ_send；

接着，事务接收方将事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据哈希列表THL_send、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_send和签名σ′_receive组成认证回复Cer_send，rep；

最后，事务接收方更新数据认证备份列表CSL_receive，数据认证备份列表新增项主要由认证回复中的字段组成，但还需要额外附加上新增的己方索引值

在事务发起方收到来自事务接收方的认证回复后，事务发起方验证事务接收方认证回复中的事务接收方签名σ'_receive；

然后，事务发起方将通过签名验证的认证回复构造为已认证数据项，并记入数据认证列表CL_send；

在事务接收方收到来自事务发送方的认证回复后，事务接收方验证事务发起方认证回复中的事务发起方签名σ′_send；

然后，事务接收方将通过签名验证的认证回复构造为已认证数据项，并记入数据认证列表CL_receive。

所述数据上链，用于离链客户端接入共识节点或其他链上客户端之后的数据一致上链。具体过程为：

事务发起方和/或事务接收方将本地维护的事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表发送给共识节点；

共识节点将本次收到的事务数据与其余客户端发送的事务数据进行交叉验证，事务数据相同、哈希值相同、签名合法且索引值相同的事务数据被认为是通过验证的数据，共识节点将通过验证的数据打包成新区块，经过共识算法上链。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供了一种数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，可以支持离链客户端事务数据交互和产生数据的可验证上链；

(2)本发明设计了区块链离链事务数据交互的数据结构，同时设计了其对应的验证方式，能够有效记录和验证离链时发生的事务数据，保证离链数据的安全性和完整性。

具体的：

(1)离链客户端事务数据安全交互：离链客户端将离链事务数据以数据密文和哈希值的形式存储在本地和进行交互的另一方客户端，通过数据加密保证离链事务数据的安全性，通过双签名机制保证离链事务数据的完整性；

(2)离链事务数据的可验证上链：采用默克尔哈希树和双签名机制作为基本框架，将离链事务数据显式地一式两份和隐式地一式多份存储于多个离链用户客户端。任一拥有显式离链事务数据的客户端重新加入区块链网络后，经过共识节点的交叉验证，即可实现离链事务数据的可验证上链操作；

(3)离链历史事务数据依赖验证与审计：使用基于密文策略属性加密作为事务数据的加密机制，可以将敏感数据以密文的形式在客户端安全存储，并根据离链用户的固有属性不同，为事务数据设定细粒度的访问控制，支持离链用户对离链事务数据依赖关系的查询、验证与审计。

在所述方法中，默克尔哈希树和双签名机制确保离链事务数据不可篡改，数据上链过程的交叉验证确保数据一致性，密文策略属性加密实现对事务数据的细粒度访问控制，实现对同一离链用户的历史依赖事务数据验证，支持事务依赖关系更为复杂的领域。

本发明能够在计算机数据协商等更多领域，为使用者提供可靠的事务数据交互方法。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明的框架示意图。

图2为本发明的各个模块的原理示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员对本发明的理解和实施，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统，在本实施例中，主要包括可信注册机构、可信签证机构、共识节点和客户端；

所述可信注册机构是一个可信第三方机构，与可信签证机构共同完成对客户端的注册和签证过程；当新的客户端加入区块链网络时，可信注册机构负责对客户端注册。客户端注册的内容包括客户端真实身份与客户端假名；

所述可信签证机构是一个可信第三方机构，与可信注册机构共同完成对客户端的注册和签证过程；当新的客户端完成在可信注册机构的客户端注册后，可信签证机构需要根据客户端真实身份和客户端假名，为客户端颁发客户端公钥和客户端私钥；

所述共识节点是区块链网络中负责共识和维护区块链数据一致性的节点；共识节点必须要实时运行在区块链网络中，收集客户端发送给共识节点的事务数据项或者离链事务列表，经过事务规则验证和共识，将这些数据打包成一致的新区块，并记录到区块链上；

所述客户端是区块链网络中进行事务数据交互的最小单位，包括链上客户端和离链客户端；

所述链上客户端指能够将客户端产生的事务数据实时发送给共识节点的客户端；

所述离链客户端指无法将客户端产生的事务数据实时发送给共识节点的客户端，包括事务发起方和事务接收方；

所述事务发起方是离链运行协议中发起事务数据交互的一方，负责构造事务数据和事务数据密文，认证事务接收方产生的待认证数据项，并维护、更新事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表；

所述事务接收方是离链运行协议中接收事务数据的一方，负责验证事务数据和事务数据密文，完成或者监督完成事务数据中陈述的事务具体内容，认证事务发起方产生的待认证数据项，并维护、更新事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表；

请见图2，本发明提供的一种数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，在本实施例中，主要包括系统初始化、客户端注册及认证、数据交互、数据认证和数据上链。

所述系统初始化，用于生成所述系统公共参数、系统公钥、系统私钥、密文策略属性加密公钥和密文策略属性加密主密钥。具体过程为：

首先，可信签证机构输入安全参数1^λ，输出系统公共参数pp_sig，如pp_sig←setup(1^λ)；

然后，可信签证机构输入系统公共参数pp_sig，输出系统公钥pk_CA和系统私钥sk_CA，如{pk_CA，sk_CA}←keygen(pp_sig)。

最后，可信签证机构输入安全参数1^λ，输出密文策略属性加密公钥PK和密文策略属性加密主密钥MK，如{PK，MK}←setupAtt(1^λ)。

所述客户端注册及认证，用于生成事务发起方公钥、事务发起方私钥、事务发起方解密私钥、事务发起方公钥证书、事务接收方公钥、事务接收方私钥、事务接收方解密私钥、事务接收方公钥证书。具体过程为：

在事务发起方一侧，事务发起方输入系统公共参数pp_sig、事务发起方假名pse_send和事务发起方真实身份ID_send，输出事务发起方公钥pk_send和事务发起方私钥sk_send，如{pk_send，sk_send}←keygenSign(pp_sig，pse_send，ID_send)；

可信注册机构输入事务发起方假名pse_send和事务发起方真实身份ID_send，验证事务发起方真实身份，验证事务发起方假名是否唯一，如0，1←verify(pse_send，ID_send)；

可信注册机构向可信签证机构请求颁发事务发起方证书，过程如下：

首先，可信签证机构接收到可信注册机构为事务发起方提出的颁证请求后，输入事务发起方真实身份ID_send、事务发起方假名pse_send、密文策略属性加密主密钥MK和属性集合S，输出密文策略属性加密的事务发起方解密私钥，如SK_send←keygenAtt(MK，S，pse_send，ID_send)；属性集合是由用户属性组成的集合，例如，用户属性可以包括用户名称、工作单位、权限等等。

然后，可信签证机构接收到可信注册机构为事务发起方提出的颁证请求后，输入事务发起方假名pse_send和事务发起方公钥pk_send，输出事务发起方公钥证书Cert_send，如σ_CA，send←sign(CRH(pk_send，pse_send)，sk_CA)和Cert_send：＝{σ_CA，send，pk_send，pse_send}；

最后，可信签证机构通过可信注册机构将事务发起方公钥证书Certs_end和事务发起方解密私钥返回给事务发起方；

在事务接收方一侧，事务接收方输入系统公共参数pp_sig、事务接收方假名pse_receive和事务接收方真实身份ID_receive，输出事务接收方公钥pk_receive和事务接收方私钥sk_receive，如{pk_receive，sk_receive}←keygenSign(pp_sig，pse_receive，ID_receive)；

可信注册机构输入事务接收方假名pse_receive和事务接收方真实身份ID_receive，验证事务接收方真实身份，验证事务接收方假名是否唯一，如0，1←verify(pse_receive，ID_receive)；

可信注册机构向可信签证机构请求颁发事务接收方证书，过程如下：

首先，可信签证机构接收到可信注册机构为事务接收方提出的颁证请求后，输入事务接收方真实身份ID_receive、事务接收方假名pse_receive、密文策略属性加密主密钥MK和属性集合S，输出密文策略属性加密的事务接收方解密私钥，如SK_receive←keygenAtt(MK，S，pse_receive，ID_receive)；

然后，可信签证机构接收到可信注册机构为事务接收方提出的颁证请求后，输入事务接收方假名pse_receive和事务接收方公钥pk_receive，输出事务接收方公钥证书Cert_receive，如σ_CA，receive←sign(CRH(pk_receive，pse_receive)，sk_CA)和Cert_receire：＝{σ_CA，receive，pk_receive，pse_receive}；

最后，可信签证机构通过可信注册机构将事务接收方公钥证书Cert_receive和事务接收方解密私钥返回给事务接收方；

所述数据交互，用于记录事务发起方和事务接收方进行事务数据交互的结果，生成事务数据列表和事务数据哈希列表。(数据交互适用于有网或无网环境，当客户端离网时，需面对面进行数据交互。)

数据交互具体过程为：

在事务发起方一侧，事务发起方生成需要与事务接收方交互的事务数据，依据与该项事务有关的客户端身份，制定属性加密的密文策略T，并使用密文策略属性加密主密钥MK将事务数据加密为事务密文CT，如CT←encAtt(MK，Tra，T)；

事务发起方将假名pse、事务密文CT和时间戳timestamp组成事务数据交互请求Exc_req的事务具体内容，并发送给事务接收方，如Exc_req：＝{pse，CT，timestamp}；

在事务接收方收到来自事务发起方的事务数据交互请求后，事务接收方使用事务接收方解密私钥对事务数据交互请求中的事务密文CT进行解密，得到明文下的事务数据Tra，如Tra←decAtt((CT，SK_receive)；

事务发起方和事务接收方执行事务数据交互请求中事务的具体内容，当事务在场景中完成后，事务发起方和事务接收方分别将本次进行事务数据交互的事务数据Tra记入各自的事务数据列表TL中。详细地讲，事务发起方将该项事务数据记入其自身拥有的本地事务数据列表，并增加相应的事务数据项索引值

事务发起方的事务数据列表由TL_send，pre更新为TL_send。同样地，事务接收方将该项事务数据记入其自身拥有的本地事务数据列表，并增加相应的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据列表由TL_{receive，pre}更新为TL_receive。如，事务发起方执行

事务接收方执行

事务结束后，在事务发起方一侧，事务发起方根据更新后的事务数据列表TL，更新本地维护的事务数据哈希列表THL_send，如THL_send←updateTHL(THL_sendpre，TL_send)。事务发起方计算新增事务数据项的哈希值TH_send，并将这个哈希值作为哈希树的新增叶节点，加入事务数据哈希列表的默克尔哈希树中，得到新的默克尔哈希树根节点

新增事务数据项的哈希值TH_send、新的默克尔哈希树根节点

和新增事务数据项索引值

被事务发起方记入其本地维护的事务数据哈希列表中，更新后得到事务数据哈希列表THL_send。其中，默克尔哈希树的第一个叶节点

为事务发送方在离链前记录的最后一个区块哈希值，此时默克尔哈希树根节点为

本身，即

其对应的事务数据哈希列表索引值为0，即

但不存在对应的事务数据项。如，事务发起方计算新增数据项哈希值

更新默克尔哈希树根节点

最后更新事务数据哈希列表

同时，在事务接收方一侧，事务接收方根据更新后的事务数据列表TL，更新本地维护的事务数据哈希列表THL_receive，如THL_receive←updateTHL(THL_{receive，pre}TL_receive)。事务接收方计算新增事务数据项的哈希值TH_receive，并将这个哈希值作为哈希树的新增叶节点，加入事务数据哈希列表的默克尔哈希树中，得到新的默克尔哈希树根节点

新增事务数据项的哈希值TH_receive、新的默克尔哈希树根节点

和新增事务数据项索引值

被事务发起方记入其本地维护的事务数据哈希列表中，更新后得到事务数据哈希列表THL_receive。其中，默克尔哈希树的第一个叶节点

为事务接收方在离链前记录的最后一个区块哈希值，此时默克尔哈希树根节点为

本身，即

其对应的事务数据哈希列表索引值为0，即

但不存在对应的事务数据项。如，事务接收方计算新增数据项哈希值

更新默克尔哈希树根节点

最后更新事务数据哈希列表

所述数据认证，用于对事务数据历史进行双签名。具体过程为：

在事务发起方一侧，首先，事务发起方使用事务发起方私钥sk_send对更新后的事务数据哈希列表THL_send、默克尔哈希树根节点

和事务数据项索引值

进行签名σ_send，如

然后，事务发起方将上述数据(包括事务数据项索引值

事务数据哈希列表THL_send和默克尔哈希树根节点

)与签名σ_send整理为发送给事务接收方的待认证数据项Cer_send，req，如

最后，事务发起方发送待认证数据项给事务接收方；

同时，在事务接收方一侧，事务接收方先使用事务接收方私钥sk_receive对更新后的事务数据哈希列表THL_receive、默克尔哈希树根节点

和事务数据项索引值

进行签名σ_receive，如

然后，事务接收方将上述数据(包括事务数据项索引值

事务数据哈希列表THL_receive和默克尔哈希树根节点

)与签名σ_receive整理为发送给事务发送方的待认证数据项Cer_{receive，req}，如

最后，事务接收方发送待认证数据项给事务发送方；

在事务发起方收到来自事务接收方的待认证数据项后，事务发起方首先验证收到的待认证数据项中的本次事务数据项哈希值TH_receive、默克尔哈希树根节点

和签名σ_receive是否正确，如，

和

然后，事务发起方使用事务发起方私钥sk_send对接收到的待认证数据项进行签名，进行签名的内容需要包括事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值(该索引值与事务接收方本次产生的事务数据项在事务数据列表和事务数据哈希列表中的索引值相同)、事务接收方的事务数据哈希列表THL_receive、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_receive，如

接着，事务发起方将上述数据(包括事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据哈希列表THL_receive、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_receive)和签名σ′_send组成认证回复Cer_{receive，rep}，并回复给事务接收方，如

最后，事务发起方更新数据认证备份列表CSL_send，数据认证备份列表新增项主要由认证回复中的字段组成，但还需要额外附加上新增的己方索引值

如

在事务接收方收到来自事务发起方的待认证数据项后，事务接收方首先验证收到的待认证数据项中的本次事务数据项哈希值TH_send、默克尔哈希树根节点

和签名σ_send是否正确，如，

和

然后，事务接收方使用事务接收方私钥sk_receive对接收到的待认证数据项进行签名，进行签名的内容需要包括事务发起方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值(该索引值与事务发起方本次产生的事务数据项在事务数据列表和事务数据哈希列表中的索引值相同)、事务发起方的事务数据哈希列表THL_send、事务发起方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务发起方对本次待认证数据项的签名σ_send，如

接着，事务接收方将上述数据(包括事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据哈希列表THL_send、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_send)和签名σ′_receive组成认证回复，如

最后，事务接收方更新数据认证备份列表CSL_receive，数据认证备份列表新增项主要由认证回复中的字段组成，但还需要额外附加上新增的己方索引值

如

在事务发起方收到来自事务接收方的认证回复后，事务发起方验证事务接收方认证回复中的事务接收方签名σ′_receive，如

然后，事务发起方将通过签名验证的认证回复构造为已认证数据项，并记入数据认证列表CL_send，如

在事务接收方收到来自事务发送方的认证回复后，事务接收方验证事务发起方认证回复中的事务发起方签名σ′_send，如

然后，事务接收方将通过签名验证的认证回复构造为已认证数据项，并记入数据认证列表CL_receive，如

所述数据上链，用于离链客户端接入共识节点或其他链上客户端之后的数据一致上链。具体过程为：

事务发起方和/或事务接收方将本地维护的事务数据列表TL_send/TL_receive、事务数据哈希列表THL_send/THL_receive、数据认证列表CL_send/CL_receive和数据认证备份列表CSL_send/CSL_receive发送给共识节点；

共识节点将本次收到的事务数据(事务发起方和/或事务接收方本地维护的事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表)与其余客户端发送的事务数据进行交叉验证，事务数据相同、哈希值相同、签名合法且索引值相同的事务数据被认为是通过验证的数据，共识节点将通过验证的数据打包成新区块，经过共识算法上链。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范围。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种数据上链可验证的区块链离链数据交互系统，其特征在于，包括：可信注册机构、可信签证机构、共识节点和客户端；

所述可信注册机构是一个可信第三方机构，与可信签证机构共同完成对用户的注册和签证过程；

所述可信签证机构是一个可信第三方机构，与可信注册机构共同完成对用户的注册和签证过程；

所述共识节点是区块链网络中负责共识和维护区块链数据一致性的节点；共识节点实时运行在区块链网络中，收集客户端发送给节点的事务数据或者离链事务列表，经过事务规则验证和共识，将这些数据打包成一致的新区块，并记录到区块链上；

所述客户端是区块链网络中进行事务数据交互的最小单位，包括链上客户端和离链客户端；所述链上客户端指能够将客户端产生的事务数据实时发送给共识节点的客户端；所述离链客户端指无法将客户端产生的事务数据实时发送给共识节点的客户端，包括事务发起方和事务接收方。

2.如权利要求1所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互系统，其特征在于：所述事务发起方是离链运行协议中发起事务数据交互的一方，负责构造事务数据和事务数据密文，认证事务接收方产生的待认证数据项，并维护、更新事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表；

所述事务接收方是离链运行协议中接收事务数据的一方，负责验证事务数据和事务数据密文，完成或者监督完成事务数据中陈述的事务具体内容，认证事务发起方产生的待认证数据项，并维护、更新事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表。

3.如权利要求1所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互系统，其特征在于：当新的客户端加入区块链网络时，可信注册机构负责对客户端注册；客户端注册的内容包括客户端真实身份与客户端假名；

当新的客户端完成在可信注册机构的客户端注册后，可信签证机构根据客户端真实身份和客户端假名，为客户端颁发客户端公钥和客户端私钥。

4.一种数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，使用权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：

系统初始化、客户端注册及认证、数据交互、数据认证和数据上链；

系统初始化用于生成系统公共参数、系统公钥、系统私钥、密文策略属性加密公钥和密文策略属性加密主密钥；

客户端注册及认证用于生成事务发起方公钥、事务发起方私钥、事务发起方解密私钥、事务发起方公钥证书、事务接收方公钥、事务接收方私钥、事务接收方解密私钥和事务接收方公钥证书；

数据交互用于记录事务发起方和事务接收方进行事务数据交互的结果，生成事务数据列表和事务数据哈希列表；

数据认证用于对事务数据历史进行双签名；

数据上链用于离链客户端接入共识节点或链上客户端的数据一致上链。

5.如权利要求4所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，其特征在于，系统初始化具体过程为：首先，可信签证机构输入安全参数1^λ，输出系统公共参数pp_sig；然后，可信签证机构输入系统公共参数pp_sig，输出系统公钥pk_CA和系统私钥sk_CA；最后，可信签证机构输入安全参数1^λ，输出密文策略属性加密公钥PK和密文策略属性加密主密钥MK。

6.如权利要求5所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，其特征在于，客户端注册及认证具体过程为：

在事务发起方一侧，事务发起方输入系统公共参数pp_sig、事务发起方假名pse_send和事务发起方真实身份ID_send，输出事务发起方公钥pk_send和事务发起方私钥sk_send；

可信注册机构输入事务发起方假名pse_send和事务发起方真实身份ID_send，验证事务发起方真实身份，验证事务发起方假名是否唯一；

可信注册机构向可信签证机构请求颁发事务发起方证书，过程如下：

首先，可信签证机构接收到可信注册机构为事务发起方提出的颁证请求后，输入事务发起方真实身份ID_send、事务发起方假名pse_send、密文策略属性加密主密钥MK和属性集合S，输出密文策略属性加密的事务发起方解密私钥；

然后，可信签证机构接收到可信注册机构为事务发起方提出的颁证请求后，输入事务发起方假名pse_send和事务发起方公钥pk_send，输出事务发起方公钥证书Cert_send；

最后，可信签证机构通过可信注册机构将事务发起方公钥证书Cert_send和事务发起方解密私钥返回给事务发起方；

在事务接收方一侧，事务接收方输入系统公共参数pp_sig、事务接收方假名pse_receive和事务接收方真实身份ID_receive，输出事务接收方公钥pk_receive和事务接收方私钥sk_receive；

可信注册机构输入事务接收方假名pse_receive和事务接收方真实身份ID_receive，验证事务接收方真实身份，验证事务接收方假名是否唯一；

可信注册机构向可信签证机构请求颁发事务接收方证书，过程如下：

首先，可信签证机构接收到可信注册机构为事务接收方提出的颁证请求后，输入事务接收方真实身份ID_receive、事务接收方假名pse_receive、密文策略属性加密主密钥MK和属性集合S，输出密文策略属性加密的事务接收方解密私钥；

然后，可信签证机构接收到可信注册机构为事务接收方提出的颁证请求后，输入事务接收方假名pse_receive和事务接收方公钥pk_receive，输出事务接收方公钥证书Cert_receive；

最后，可信签证机构通过可信注册机构将事务接收方公钥证书Cert_receive和事务接收方解密私钥返回给事务接收方。

7.如权利要求6所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，其特征在于：所述属性集合是由用户属性组成的集合，用户属性包括用户名称、工作单位和权限。

8.如权利要求6所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，其特征在于，数据交互具体过程为：

在事务发起方一侧，事务发起方生成需要与事务接收方交互的事务数据，依据与该项事务有关的客户端身份，制定属性加密的密文策略T，并使用密文策略属性加密主密钥MK将事务数据加密为事务密文；

事务发起方将假名pse、事务密文CT和时间戳timestamp组成事务数据交互请求；

在事务接收方收到来自事务发起方的事务数据交互请求后，事务接收方使用事务接收方解密私钥对事务数据交互请求中的事务密文CT进行解密，得到明文下的事务数据Tra；

事务发起方和事务接收方执行事务数据交互请求中事务的具体内容，当事务在场景中完成后，事务发起方和事务接收方分别将本次进行事务数据交互的事务数据Tra记入各自的事务数据列表TL中；具体地，事务发起方将该项事务数据记入其自身拥有的本地事务数据列表，并增加相应的事务数据项索引值

事务发起方的事务数据列表由TL_send，pre更新为TL_send；同样地，事务接收方将该项事务数据记入其自身拥有的本地事务数据列表，并增加相应的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据列表由TL_{receive，pre}更新为TL_receive；

事务结束后，在事务发起方一侧，事务发起方根据更新后的事务数据列表TL，更新本地维护的事务数据哈希列表THL_send；事务发起方计算新增事务数据项的哈希值TH_send，并将这个哈希值作为哈希树的新增叶节点，加入事务数据哈希列表的默克尔哈希树中，得到新的默克尔哈希树根节点

新增事务数据项的哈希值TH_send、新的默克尔哈希树根节点

和新增事务数据项索引值

被事务发起方记入其本地维护的事务数据哈希列表中，更新后得到事务数据哈希列表THL_send；其中，默克尔哈希树的第一个叶节点

为事务发送方在离链前记录的最后一个区块哈希值，此时默克尔哈希树根节点为

本身；其对应的事务数据哈希列表索引值为0，但不存在对应的事务数据项；

同时，在事务接收方一侧，事务接收方根据更新后的事务数据列表TL，更新本地维护的事务数据哈希列表THL_receive；事务接收方计算新增事务数据项的哈希值TH_receive，并将这个哈希值作为哈希树的新增叶节点，加入事务数据哈希列表的默克尔哈希树中，得到新的默克尔哈希树根节点

新增事务数据项的哈希值TH_receive、新的默克尔哈希树根节点

和新增事务数据项索引值

被事务发起方记入其本地维护的事务数据哈希列表中，更新后得到事务数据哈希列表THL_receive；其中，默克尔哈希树的第一个叶节点

为事务接收方在离链前记录的最后一个区块哈希值，此时默克尔哈希树根节点为

本身；其对应的事务数据哈希列表索引值为0，但不存在对应的事务数据项。

9.如权利要求8所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，其特征在于，所述数据认证的具体过程为：

在事务发起方一侧，首先，事务发起方使用事务发起方私钥sk_send对更新后的事务数据哈希列表THL_send、默克尔哈希树根节点

和事务数据项索引值

进行签名σ_send；

然后，事务发起方将事务数据项索引值

事务数据哈希列表THL_send和默克尔哈希树根节点

与签名σ_send整理为发送给事务接收方的待认证数据项Cer_send，req；

最后，事务发起方发送待认证数据项给事务接收方；

同时，在事务接收方一侧，事务接收方先使用事务接收方私钥sk_receive对更新后的事务数据哈希列表THL_receive、默克尔哈希树根节点

和事务数据项索引值

进行签名σ_receive；

然后，事务接收方将事务数据项索引值

事务数据哈希列表THL_receive和默克尔哈希树根节点

与签名σ_receive整理为发送给事务发送方的待认证数据项Cer_{receive，req}；

最后，事务接收方发送待认证数据项给事务发送方；

在事务发起方收到来自事务接收方的待认证数据项后，事务发起方首先验证收到的待认证数据项中的本次事务数据项哈希值TH_receive、默克尔哈希树根节点

和签名σ_receive是否正确；

然后，事务发起方使用事务发起方私钥sk_send对接收到的待认证数据项进行签名，进行签名的内容需要包括事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值、事务接收方的事务数据哈希列表THL_receive、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_receive；

接着，事务发起方将事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据哈希列表THL_receive、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_receive和签名σ′_send组成认证回复Cer_{receive，rep}，并回复给事务接收方；

最后，事务发起方更新数据认证备份列表CSL_send，数据认证备份列表新增项主要由认证回复中的字段组成，但还需要额外附加上新增的己方索引值

在事务接收方收到来自事务发起方的待认证数据项后，事务接收方首先验证收到的待认证数据项中的本次事务数据项哈希值TH_send、默克尔哈希树根节点

和签名σ_send是否正确；

然后，事务接收方使用事务接收方私钥sk_receive对接收到的待认证数据项进行签名，进行签名的内容需要包括事务发起方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值、事务发起方的事务数据哈希列表THL_send、事务发起方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务发起方对本次待认证数据项的签名σ_send；

接着，事务接收方将事务接收方发起签名请求的待认证的事务数据项索引值

事务接收方的事务数据哈希列表THL_send、事务接收方事务数据哈希列表对应的默克尔哈希树根节点

和事务接收方对本次待认证数据项的签名σ_send和签名σ′_receive组成认证回复Cer_send，rep；

最后，事务接收方更新数据认证备份列表CSL_receive，数据认证备份列表新增项主要由认证回复中的字段组成，但还需要额外附加上新增的己方索引值

在事务发起方收到来自事务接收方的认证回复后，事务发起方验证事务接收方认证回复中的事务接收方签名σ'_receive；

然后，事务发起方将通过签名验证的认证回复构造为已认证数据项，并记入数据认证列表CL_send；

在事务接收方收到来自事务发送方的认证回复后，事务接收方验证事务发起方认证回复中的事务发起方签名σ′_send；

然后，事务接收方将通过签名验证的认证回复构造为已认证数据项，并记入数据认证列表CL_receive。

10.如权利要求9所述的数据上链可验证的区块链离链数据交互方法，其特征在于，所述数据上链的具体过程为：

事务发起方和/或事务接收方将本地维护的事务数据列表、事务数据哈希列表、数据认证列表和数据认证备份列表发送给共识节点；

共识节点将本次收到的事务数据与其余客户端发送的事务数据进行交叉验证，事务数据相同、哈希值相同、签名合法且索引值相同的事务数据被认为是通过验证的数据，共识节点将通过验证的数据打包成新区块，经过共识算法上链。

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