CN114139203B - 基于区块链的异构身份联盟风险评估系统、方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于风险评估技术领域，公开了一种基于区块链的异构身份联盟风险评估系统、方法及终端，身份认证中心、受评估节点、风险评估节点、联盟链、云服务器。本发明利用密文策略属性加密保障了隐私数据的安全存储，同时确保数据拥有者对风险评估数据的控制权，并结合网络分片思想和聚合签名技术，提出一种两级共识机制GABFT，先利用一致性哈希算法对网络节点分组，组内及组间采用结合聚合签名的PBFT达成共识，该共识机制在提高风险评估结果处理效率、降低通信开销的同时，支持了节点的动态变化，相比较PBFT，GABFT可以将节点达成共识所需要的通信次数由平方级降至线性级，吞吐量提升约2‑3倍。

Description

基于区块链的异构身份联盟风险评估系统、方法及终端

技术领域

本发明属于风险评估技术领域，尤其涉及一种基于区块链的异构身份联盟风险评估系统、方法及终端。

背景技术

目前，多种网络身份平台之间信息不互通以及身份信息被滥用的问题，严重阻碍了对网络空间的监管，异构身份联盟通过构建跨域统一的网络身份体系，增强了监管机构对网络身份信息的管理能力。但由于其本身存在跨域性和开放性，仍然存在着身份和数据被篡改、盗用等问题，且任何一个用户的安全风险问题都会威胁到联盟安全。

异构身份联盟风险评估系统是一种通过建立通用指标体系，由风险评估机构对异构身份联盟中成员的资产和用户行为等进行评估，分析出其薄弱点和潜在的威胁的系统。该系统不仅能够预防异构身份联盟中出现的攻击行为，还能为日后的监管和维护提供重要的信息依据。

现有技术存在的问题是：目前传统的异构身份联盟风险评估系统，联盟成员将自身资产信息以及用户行为等风险评估所需要的相关数据提交到风险评估机构和监管机构后，会丧失对所拥有数据的控制权，不利于数据拥有者对自身隐私的保护，一旦暴露给潜在攻击者，可能危及单个异构身份联盟成员组织乃至整个异构身份联盟的安全。

此外，传统的异构身份联盟风险评估系统多为中心化架构，数据集中存储，可能出现单点故障和内部作恶问题，包括但不限于修改联盟成员风险值，篡改风险评估所需数据等行为，很难追责。

目前基于区块链的风险评估但已有研究的模型只是简单利用区块链去中心化的能力来改变传统的中心化架构，以及利用区块链技术存储风险评估相关的重要数据，保证其无法篡改，并没有考虑对用户数据控制权的保护，以及风险评估对数据处理效率的高要求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前基于区块链的风险评估方案不能保护用户数据控制权，安全性低，，数据处理效率低。

解决以上问题及缺陷的难度为：

对于用户数据控制权的问题，可以使用密文策略属性加密技术，由用户为所拥有的数据文件指定访问策略，当风险评估节点所具有的属性集满足用户指定的访问策略时，即可获取到数据文件内容，若用户想撤回风险评估节点的访问权限，修改访问策略即可；而目前基于区块链的风险评估方案虽然可以提升模型安全性，降低内部作恶的可能性，但使用区块链技术不可避免的要考虑到共识效率问题，为了解决这一问题，可以提出一种效率更高的共识机制，其难度在于如何保证共识正确性的情况下尽可能高的提升模型处理效率。

解决以上问题及缺陷的意义为：

若用户自身资产信息以及用户风险行为等数据提交到风险评估机构后就失去控制权，不利于数据拥有者对自身隐私的保护，且该类隐私数据往往涉及到联盟成员存在的漏洞和脆弱程度，一旦泄露等同于主动将自己的弱点暴露给所有的潜在攻击者，从而危及单个异构身份联盟成员组织乃至整个异构身份联盟的安全。此外，由于异构身份联盟中用户数量众多，产生的相关数据也会很庞大，若模型的处理效率过慢，可能存在部分风险值较高的数据无法及时处理，甚至是大量的待处理数据堆积，无法满足监管机构对于异构身份联盟风险状况的监管，延误风险处理时机。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的异构身份联盟风险评估系统、方法及终端。

本发明是这样实现的，一种基于区块链的异构身份联盟风险评估系统，所述基于区块链的异构身份联盟风险评估系统包括：

身份认证中心、受评估节点、风险评估节点、联盟链、云服务器；

身份认证中心，用于进行全局设置以及生成系统主公钥和主私钥；用于审核受评估企业的身份，并为企业分配身份和密钥对；同时用于审核风险评估机构的资质，并为风险评估机构分配身份和属性私钥；

受评估节点，用于提供风险评估所需数据，并将收集到的数据的加密上传至云服务器；所述风险评估所需数据包括：企业资产数据、存在漏洞数据以及风险行为数据；

风险评估节点，用于表征评估节点群的选举和风险评估数据区块的生成；

联盟链，用于存储风险评估相关数据的摘要值和重要参数；

云服务器，用于存储加密后的风险评估相关数据。

本发明的另一目的在于提供一种应用于所述基于区块链的异构身份联盟风险评估系统的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法，所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法包括：

步骤一，通过系统初始化、进行身份分配、将各EC节点将风险数据的上传至云服务器；

步骤二，受评估节点通知风险评估节点自身风险数据发生更新，风险评估节点评估受评估节点更新的风险数据；

步骤三，将风险评估结果打包成区块，在所有风险评估节点内部基于结合聚合签名的两级共识机制GABFT达成共识并上链。

进一步，步骤三中，所述基于结合聚合签名的两级共识机制GABFT达成共识包括：

计算分组ID位置，计算RA节点位置，确定节点所属分组，验证各个分组包含的RA节点个数是否大于等于四个，若不通过则返回重新选择随机数计算RA节点位置，若验证通过则确定分组，输出节点分组结果；设置组内编号和全局编号；EC发送数据更新消息到全局主节点；Ra_k评估数据后并将其打包区块；Ra_k发送共识提案到各分组主节点；分组内部达成共识；分组主节点向全局主节点发送全局共识响应；全局达成共识。

进一步，所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法包括以下步骤：

(1)身份认证中心IA生成主密钥对(MPK,MSK)←Setup(λ)，其中λ表示安全参数；系统的主公钥MPK公开，主私钥MSK由IA秘密保存；

(2)待评估节点Ec_i提交加入联盟链AC申请，IA审核身份通过后为待评估节点EC分配身份证书

其中ID表示节点全局唯一身份标识，

表示节点的密钥对；

(3)风险评估节点Ra_j提交加入AC申请，IA审核资质通过后为风险评估节点RA分配身份证书

并为Ra_j生成的节点属性私钥ASK＝KeyGen(MPK,MSK,A_p)；其中

表示节点全局唯一身份标识，

表示节点的密钥对，A_p＝(a₁,a₂,a₃,...,a_n)表示Ra_j节点所具有的属性集；

(4)Ec_i将各条密文CT与其索引index组合，构成M集合，同时附上明文形式的访问策略A_s，属性加密后的对称密钥key'_m，M的摘要值MD，以及Ec_i节点对MD的签名

组成文件file_j后发送至云服务器ECS；

(5)ECS接收到相应数据，验证Ec_i的签名，并计算M的哈希值验证MD，向Ec_i返回file_j存放路径sl_j；Ec_i收到sl_j后，将自身发生数据更新的消息

发送给RA节点；

(6)RA节点评估EC节点更新的风险数据；根据分组数X计算每个分组ID在哈希环上的位置，并通过公式Hash(ID+random)计算每一个RA节点在哈希环上的位置；根据RA节点在哈希环上的位置顺时针查找分组节点，查找到的第一个分组节点即为该RA节点的所属分组；

(7)验证各个分组包含的RA节点个数是否大于等于四个，若不通过则返回重新选择随机数计算RA节点位置，重新分组；若验证通过则确定分组，同时所有节点均会保留一份全部节点名单和组内节点名单；

(8)基于分组结果，为RA节点设置组内编号，根据组内视图编号v_g和组内节点数num_g，确定当前视图中组内主节点的编号p_g＝v_gmod|num_g|；为各组内主节点设置全局编号，根据全局视图编号v_a和分组数num_a，确定当前视图中的全局主节点编号p_a＝v_amod|num_a|；

(9)Ec_i将自身的update消息，连同对该消息的签名sig_update一并发送给全局主节点Ra_k；Ra_k接受到update消息后，对update消息的签名sig_update验签，若非法则丢弃所述请求，合法则下载风险评估相关数据；

(10)Ra_k验证风险评估相关数据的真实性和完整性后进行评估，记录进更新请求表Utable0，Ra_k对Ec_i近期更新的各条m选择一种风险评估算法进行评估得到各自风险值VaR_m，并更新Ec_i的最终风险值VaR，同时生成一条风险值变化信息tx，打包进区块当中；其中，

VaR_p表示变化前的最终风险值，VaR_a表示更新后的最终风险值，ID_alg表示当前评价结果所依据风险算法的标识，Height表示当前tx所属的区块高度；

(11)Ra_k收集t时间tx，将收集的tx组成Block，则

其中Prehash表示指向前一个区块的哈希指针，Timestamp表示出块时间戳，Height表示当前区块高度，

表示主节点Ra_k对区块的签名，TX Root表示当前区块所有tx组成的Merkle树的根；

(12)Ra_k发送共识提案<Proposal，v_a，Height，Blockheader，Utable0>到各分组主节点；各分组主节点接受到主节点Ra_k发送的共识提案后，将其附上组内视图编号v_g后，在组内进行广播，组内副本RA节点进行区块的校验；

(13)校验完成后，发送组内共识响应消息

给分组主节点，其中

表示当前副本RA节点的标识，

表示当前副本RA节点对共识响应消息的签名；

(14)分组主节点收集组内的组内共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个包括主节点自身的合法分组共识响应消息后，将消息中各个副本RA节点的签名聚合为sig_agg1，并向全局主节点发送一条全局共识响应消息

其中f₂表示组内拜占庭节点的数量；list_g表示参与生成聚合签名的所有组内list_g节点的ID列表；

(15)全局主节点Ra_k收集分组主节点发来的全局共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个全局共识响应消息后，将所述消息中的聚合签名再次聚合为sig_agg2，并广播一条共识确认消息＜Commit,Blockheader,v_a,Height,sig_agg2,list_a＞，其中list_a表示参与生成聚合签名的所有RA节点的ID列表；

(16)副本RA节点接受到全局主节点Ra_k发送的共识确认消息后，通过利用list_a中包含节点的公钥验证sig_agg2，验证通过后，将本轮共识区块同步到本节点的链上。

进一步，所述步骤(4)之前还需进行：

首先，Ec_i每经过t_h时间处理一次自身发生的数据更新先为每一条更新的风险评估相关数据m，建立用于标识数据在云服务器存储路径里的具体序号的索引index；

其次，利用在密钥空间随机选取的对称文件密钥key_m加密m得到一条密文CT，并按照当前节点自定义的访问策略A_s，利用MPK加密对称文件密钥key_m得到key'_m←Encrypt(MPK,A_s,key_m)。

进一步，步骤(6)中，所述RA节点评估EC节点更新的风险数据包括：

当值节点Ra_k在接收到update后，

首先，利用Ec_i的公钥

对

验签，并向云服务器请求下载存储在sl_j中的file_j；

其次，ECS将根据被请求文件对应的访问策略判断Ra_k是否满足条件：若满足条件，则允许Ra_k下载file_j得到M，并通过比较update与file_j中的

和MD，确定数据来源是否真实有效且存储在云服务器上的数据是否被篡改；

最后，解密key'_m得到文件密钥

并利用key_m获得明文数据m，选择一种风险评价算法进行风险值的计算。

进一步，步骤(12)中，所述进行区块的校验包括：

对出块节点的签名

验签；判断共识提案中的v_a、v_g及Height是否正确；通过对Block_n+1的区块头进行哈希计算，检验Block_n+1的父区块是否为Block_n；检查Block_n+1区块中的tx是否存在异常赋值，并检验其根哈希值是否和区块头中的TX Root相同。

进一步，所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法还包括：

当全局或组内主节点在规定时间内未出块时，由下一个副本RA节点出块进行视图更换；

所述由下一个副本RA节点出块进行视图更换包括：副本RA节点发起视图更换请求，其他副本节点验证视图更换请求，副本RA节点收集合法变更确认消息，由新的RA主节点履行评估和区块生成职责；

所述由下一个副本RA节点出块进行视图更换步骤如下：

1)副本RA节点发起视图更换请求：

副本RA节点发现主节点Ra_k存在问题时，发送视图变更请求

给其他副本RA节点；其中v_a+1表示变更后的视图编号，

表示发起视图变更请求的副本RA节点的ID，

表示该节点对视图变更请求的签名，Height表示Ra_u本地的区块高度，sig_agg-p表示Ra_u前一轮共识中收集到的聚合签名，用于证明高度为Height的区块的正确性；

2)其他副本节点验证视图更换请求：其他副本RA节点在接收到视图变更请求后，对请求进行验证，验证通过后广播变更确认消息

其中，

表示当前副本RA节点的ID，

表示当前副本RA节点对变更确认消息的签名；

3)副本RA节点收集合法变更确认消息：副本RA节点收集到大于等于2f+1个合法变更确认消息后，组内视图更换f＝f₂，全局视图更换f＝f₁，更新视图编号为v_a+1；由新的RA主节点履行评估和区块生成职责。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法，包括下列步骤：

步骤一，通过系统初始化、进行身份分配、将各EC节点将风险数据的上传至云服务器；

步骤二，受评估节点通知风险评估节点自身风险数据发生更新，风险评估节点评估受评估节点更新的风险数据；

步骤三，将风险评估结果打包成区块，在所有风险评估节点内部基于结合聚合签名的两级共识机制GABFT达成共识并上链。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明利用密文策略属性加密保障了隐私数据的安全存储，同时确保数据拥有者对风险评估数据的控制权。

结合网络分片思想和聚合签名技术，提出一种两级共识机制GABFT，先利用一致性哈希算法对网络节点分组，组内及组间采用结合聚合签名的PBFT达成共识，该共识机制在提高风险评估结果处理效率、降低通信开销的同时，支持了节点的动态变化，相比较PBFT，GABFT可以将节点达成共识所需要的通信次数由平方级降至线性级，吞吐量提升约2-3倍。

本发明利采用网络分片的思想，提出了一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT，先利用一致性哈希算法对网络节点分组，组内及组间采用结合聚合签名的PBFT。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估系统原理图。

图2是本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估系统结构示意图；

图中：1、身份认证中心；2、受评估节点；3、风险评估节点；4、联盟链；5、云服务器。

图3是本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法流程图。

图4是本发明实施例提供的GABFT分组策略示意图。

图5是本发明实施例提供的GABFT流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的异构身份联盟可以应用于多种实体身份平台，以电信用户身份信息为例，包含的参数一般为网络日志、手机号码、身份证件号码、账户、口令好友列表、群列表等。此外，还可应用于社交网络用户、电商用户以及政务系统用户等身份平台。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的异构身份联盟风险评估系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1-图2所示，本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估系统包括：

身份认证中心1，用于进行全局设置以及生成系统主公钥和主私钥；用于审核受评估企业的身份，并为企业分配身份和密钥对；同时用于审核风险评估机构的资质，并为风险评估机构分配身份和属性私钥；

受评估节点2，用于提供风险评估所需数据，并将收集到的数据的加密上传至云服务器；所述风险评估所需数据包括：企业资产数据、存在漏洞数据以及风险行为数据；

风险评估节点3，用于表征评估节点群的选举和风险评估数据区块的生成；

联盟链4，用于存储风险评估相关数据的摘要值和重要参数；

云服务器5，用于存储加密后的风险评估相关数据。

如图3所示，本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法包括：

S101，通过系统初始化、进行身份分配、将各EC节点将风险数据的上传至云服务器；

S102，受评估节点通知风险评估节点自身风险数据发生更新，风险评估节点评估受评估节点更新的风险数据；

S103，将风险评估结果打包成区块，在所有风险评估节点内部基于结合聚合签名的两级共识机制GABFT达成共识并上链。

本发明实施例提供的基于结合聚合签名的两级共识机制GABFT达成共识包括：

计算分组ID位置，计算RA节点位置，确定节点所属分组，验证各个分组包含的RA节点个数是否大于等于四个，若不通过则返回重新选择随机数计算RA节点位置，若验证通过则确定分组，输出节点分组结果；设置组内编号和全局编号；EC发送数据更新消息到全局主节点；Ra_k评估数据后并将其打包区块；Ra_k发送共识提案到各分组主节点；分组内部达成共识；分组主节点向全局主节点发送全局共识响应；全局达成共识。

本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法包括以下步骤：

(1)身份认证中心IA生成主密钥对(MPK,MSK)←Setup(λ)，其中λ表示安全参数；系统的主公钥MPK公开，主私钥MSK由IA秘密保存；

(2)待评估节点Ec_i提交加入联盟链AC申请，IA审核身份通过后为待评估节点EC分配身份证书

其中ID表示节点全局唯一身份标识，

表示节点的密钥对；

(3)风险评估节点Ra_j提交加入AC申请，IA审核资质通过后为风险评估节点RA分配身份证书

并为Ra_j生成的节点属性私钥ASK＝KeyGen(MPK,MSK,A_p)；其中

表示节点全局唯一身份标识，

表示节点的密钥对，A_p＝(a₁,a₂,a₃,...,a_n)表示Ra_j节点所具有的属性集；

(4)Ec_i将各条密文CT与其索引index组合，构成M集合，同时附上明文形式的访问策略A_s，属性加密后的对称密钥key'_m，M的摘要值MD，以及Ec_i节点对MD的签名

组成文件file_j后发送至云服务器ECS；

(5)ECS接收到相应数据，验证Ec_i的签名，并计算M的哈希值验证MD，向Ec_i返回file_j存放路径sl_j；Ec_i收到sl_j后，将自身发生数据更新的消息

发送给RA节点；

(6)RA节点评估EC节点更新的风险数据；根据分组数X计算每个分组ID在哈希环上的位置，并通过公式Hash(ID+random)计算每一个RA节点在哈希环上的位置；根据RA节点在哈希环上的位置顺时针查找分组节点，查找到的第一个分组节点即为该RA节点的所属分组；

(7)验证各个分组包含的RA节点个数是否大于等于四个，若不通过则返回重新选择随机数计算RA节点位置，重新分组；若验证通过则确定分组，同时所有节点均会保留一份全部节点名单和组内节点名单；

(8)基于分组结果，为RA节点设置组内编号，根据组内视图编号v_g和组内节点数num_g，确定当前视图中组内主节点的编号p_g＝v_gmod|num_g|；为各组内主节点设置全局编号，根据全局视图编号v_a和分组数num_a，确定当前视图中的全局主节点编号p_a＝v_amod|num_a|；

(9)Ec_i将自身的update消息，连同对该消息的签名sig_update一并发送给全局主节点Ra_k；Ra_k接受到update消息后，对update消息的签名sig_update验签，若非法则丢弃所述请求，合法则下载风险评估相关数据；

(10)Ra_k验证风险评估相关数据的真实性和完整性后进行评估，记录进更新请求表Utable0，Ra_k对Ec_i近期更新的各条m选择一种风险评估算法进行评估得到各自风险值VaR_m，并更新Ec_i的最终风险值VaR，同时生成一条风险值变化信息tx，打包进区块当中；其中，

VaR_p表示变化前的最终风险值，VaR_a表示更新后的最终风险值，ID_alg表示当前评价结果所依据风险算法的标识，Height表示当前tx所属的区块高度；

(11)Ra_k收集t时间tx，将收集的tx组成Block，则

其中Prehash表示指向前一个区块的哈希指针，Timestamp表示出块时间戳，Height表示当前区块高度，

表示主节点Ra_k对区块的签名，TX Root表示当前区块所有tx组成的Merkle树的根；

(12)Ra_k发送共识提案<Proposal，v_a，Height，Blockheader，Utable0>到各分组主节点；各分组主节点接受到主节点Ra_k发送的共识提案后，将其附上组内视图编号v_g后，在组内进行广播，组内副本RA节点进行区块的校验；

(13)校验完成后，发送组内共识响应消息

给分组主节点，其中

表示当前副本RA节点的标识，

表示当前副本RA节点对共识响应消息的签名；

(14)分组主节点收集组内的组内共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个包括主节点自身的合法分组共识响应消息后，将消息中各个副本RA节点的签名聚合为sig_agg1，并向全局主节点发送一条全局共识响应消息

其中f₂表示组内拜占庭节点的数量；list_g表示参与生成聚合签名的所有组内list_g节点的ID列表；

(15)全局主节点Ra_k收集分组主节点发来的全局共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个全局共识响应消息后，将所述消息中的聚合签名再次聚合为sig_agg2，并广播一条共识确认消息＜Commit,Blockheader,v_a,Height,sig_agg2,list_a＞，其中list_a表示参与生成聚合签名的所有RA节点的ID列表；

(16)副本RA节点接受到全局主节点Ra_k发送的共识确认消息后，通过利用list_a中包含节点的公钥验证sig_agg2，验证通过后，将本轮共识区块同步到本节点的链上。

本发明实施例提供的步骤(4)之前还需进行：

首先，Ec_i每经过t_h时间处理一次自身发生的数据更新先为每一条更新的风险评估相关数据m，建立用于标识数据在云服务器存储路径里的具体序号的索引index；

其次，利用在密钥空间随机选取的对称文件密钥key_m加密m得到一条密文CT，并按照当前节点自定义的访问策略A_s，利用MPK加密对称文件密钥key_m得到key'_m←Encrypt(MPK,A_s,key_m)。

步骤(6)中，本发明实施例提供的RA节点评估EC节点更新的风险数据包括：

当值节点Ra_k在接收到update后，

首先，利用Ec_i的公钥

对

验签，并向云服务器请求下载存储在sl_j中的file_j；

其次，ECS将根据被请求文件对应的访问策略判断Ra_k是否满足条件：若满足条件，则允许Ra_k下载file_j得到M，并通过比较update与file_j中的

和MD，确定数据来源是否真实有效且存储在云服务器上的数据是否被篡改；

最后，解密key'_m得到文件密钥

并利用key_m获得明文数据m，选择一种风险评价算法进行风险值的计算。

步骤(12)中，本发明实施例提供的进行区块的校验包括：

对出块节点的签名

验签；判断共识提案中的v_a、v_g及Height是否正确；通过对Block_n+1的区块头进行哈希计算，检验Block_n+1的父区块是否为Block_n；检查Block_n+1区块中的tx是否存在异常赋值，并检验其根哈希值是否和区块头中的TX Root相同。

本发明实施例提供的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法还包括：

当全局或组内主节点在规定时间内未出块时，由下一个副本RA节点出块进行视图更换.

本发明实施例提供的由下一个副本RA节点出块进行视图更换包括：副本RA节点发起视图更换请求，其他副本节点验证视图更换请求，副本RA节点收集合法变更确认消息，由新的RA主节点履行评估和区块生成职责.

本发明实施例提供的由下一个副本RA节点出块进行视图更换步骤如下：

1)副本RA节点发起视图更换请求：

副本RA节点发现主节点Ra_k存在问题时，发送视图变更请求

给其他副本RA节点；其中v_a+1表示变更后的视图编号，

表示发起视图变更请求的副本RA节点的ID，

表示该节点对视图变更请求的签名，Height表示Ra_u本地的区块高度，sig_agg-p表示Ra_u前一轮共识中收集到的聚合签名，用于证明高度为Height的区块的正确性；

2)其他副本节点验证视图更换请求：其他副本RA节点在接收到视图变更请求后，对请求进行验证，验证通过后广播变更确认消息

其中，

表示当前副本RA节点的ID，

表示当前副本RA节点对变更确认消息的签名；

3)副本RA节点收集合法变更确认消息：副本RA节点收集到大于等于2f+1个合法变更确认消息后，组内视图更换f＝f₂，全局视图更换f＝f₁，更新视图编号为v_a+1；由新的RA主节点履行评估和区块生成职责。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1：

一种基于区块链的异构身份联盟风险评估模型框架包括五个部分：身份认证中心IA、受评估节点、风险评估节点、联盟链AC、云服务器ECS，如图1所示，各部分具体介绍如下：

身份认证中心(IA)：在该模型中担任证书机构和属性机构的角色。其主要职责为进行全局设置，包括系统主公钥和主私钥。此外，还需要负责审核受评估企业的身份，减少风险评估机构对于无效数据计算所造成的资源浪费，并为其分配身份和密钥对，同时负责审核风险评估机构的资质，通过提高风险评估机构加入链的门槛来增加其作恶成本，并为其分配身份和属性私钥；

受评估节点(EC)：异构身份联盟成员，风险评估流程所需数据(企业资产、存在漏洞、风险行为)的提供者，并负责对将收集到的数据的加密上传至云服务器；

风险评估节点(RA)：负责代表评估节点群的选举和风险评估数据区块的生成；

联盟链(AC)：负责存储风险评估相关数据的摘要值和重要参数；

云服务器(ECS)：负责存储加密后的风险评估相关数据。

所述的一种基于区块链的异构身份联盟风险评估方案步骤包括：

步骤一，系统初始化：

步骤二，身份分配：

步骤三，各EC节点将风险数据的上传至ECS：

步骤四，EC节点通知RA节点自身风险数据发生更新：

步骤五，RA节点评估EC节点更新的风险数据：

步骤六，将风险评估结果打包成区块后，在所有风险评估节点内部达成共识并上链。

所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT前提为：

为了保证PBFT算法抵抗拜占庭节点的能力，分组数X需要满足X≥4，各个分组内的节点数Y也需要满足Y≥4。

所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT分组步骤包括：

步骤一，计算分组ID位置：

步骤二，计算RA节点位置：

步骤三，确定节点所属分组：

步骤四，验证是否符合分组条件：

验证各个分组包含的RA节点个数是否大于等于四个，若验证通过则确定分组，若不通过则进入步骤二重新选择随机数进行计算。

分组确定后，所有节点均会保留一份全部节点名单和组内节点名单。

本模型中风险评估相关数据较为碎片化，不适合每次请求都进行一次共识，为了简单高效起见，链上区块的生成和共识直接由分组RA主节点将数据收集后发起，所有RA副本节点共同完成。

所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT共识步骤包括：

步骤一，设置组内编号和全局编号：

步骤二，EC发送数据更新消息到全局主节点：

步骤三，Ra_k评估数据后并将其打包区块：

步骤四，Ra_k发送共识提案到各分组主节点：

步骤五，分组内部达成共识：

步骤六，分组主节点向全局主节点发送全局共识响应：

步骤七，全局达成共识：

当全局或组内主节点发生宕机等意外情况，导致在规定时间内没有正常履行出块职责时，将执行视图更换流程，由下一个副本RA节点继续完成出块工作，保持区块链的正常运行，以全局主节点Ra_k发生意外为例，所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT视图更换步骤包括：

步骤一，副本RA节点发起视图更换请求：

步骤二，其他副本节点验证视图更换请求：

步骤三，副本RA节点收集合法变更确认消息：

步骤四，由新的RA主节点履行评估和区块生成职责。

一种基于区块链的异构身份联盟风险评估模型步骤包括：

步骤一，系统初始化：

IA生成主密钥对(MPK,MSK)←Setup(λ)，其中λ为安全参数。系统的主公钥MPK公开，主私钥MSK由IA秘密保存。

步骤二，身份分配：

Ec_i提交加入AC申请，IA审核身份通过后为EC分配身份证书

其中ID为节点全局唯一身份标识，

为节点的密钥对；

Ra_j提交加入AC申请，IA审核资质通过后为RA分配身份证书

并为Ra_j生成的节点属性私钥ASK＝KeyGen(MPK,MSK,A_p)，其中

为节点全局唯一身份标识，

为节点的密钥对，A_p＝(a₁,a₂,a₃,...,a_n)为Ra_j节点所具有的属性集。

步骤三，Ec_i将风险数据的上传至ECS：

为了平衡模型性能与延迟，Ec_i每经过t_h时间处理一次自身发生的数据更新(t_h可根据实际应用场景中产生新数据的速度动态调整)：先为每一条更新的风险评估相关数据m，建立索引index，用于标识数据在云服务器存储路径里的具体序号，index通常按照时间顺序生成。然后利用在密钥空间随机选取的对称文件密钥key_m加密m得到一条密文CT，并按照该节点自定义的访问策略A_s，利用MPK加密对称文件密钥key_m得到key'_m←Encrypt(MPK,A_s,key_m)，确保只有风险评估机构可以解密正确的文件密钥。Ec_i将各条CT与其index组合，构成M集合，同时附上明文形式的访问策略A_s，属性加密后的对称密钥key'_m，M的摘要值MD，以及Ec_i节点对MD的签名

组成文件file_j后发送至ECS。

ECS接收到以上消息后，验证Ec_i的签名，并计算M的哈希值验证MD，确保数据正确性和完整性后，向Ec_i返回file_j存放路径sl_j。

步骤四，EC节点通知RA节点自身风险数据发生更新：

Ec_i得到sl_j后，将自身发生数据更新的消息

发送给RA节点。

步骤五，RA节点评估EC节点更新的风险数据：

当值节点Ra_k在接收到update后，首先利用Ec_i的公钥

对

验签，然后向云服务器请求下载存储在sl_j中的file_j，ECS将根据被请求文件对应的访问策略判断Ra_k是否满足条件，若符合则允许Ra_k下载file_j得到M，并通过比较update与file_j中的

和MD，确保来源真实有效且存储在云服务器上的数据没有被篡改。由于Ra_k的角色属性A_p满足Ec_i设置的访问策略A_s，因此可以解密key'_m得到文件密钥

并利用key_m获得明文数据m，然后选择一种风险评价算法进行风险值的计算；

步骤六，将风险评估结果打包成区块后，在所有风险评估节点内部达成共识并上链。

所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT前提为：

为了保证PBFT算法抵抗拜占庭节点的能力，分组数X需要满足X≥4，各个分组内的节点数Y也需要满足Y≥4。

所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT分组步骤包括：

步骤一，计算分组ID位置：

首先根据分组数X计算每个分组ID在哈希环上的位置，此时可以对每一分组ID进行多次哈希计算，在哈希环上产生多个虚拟节点，从而减少数据倾斜的问题，如图4所示。

步骤二，计算RA节点位置：

通过公式Hash(ID+random)计算每一个RA节点在哈希环上的位置。

步骤三，确定节点所属分组：

根据RA节点在哈希环上的位置顺时针查找到的第一个分组节点即为该RA节点的所属分组。

步骤四，验证是否符合分组条件：

验证各个分组包含的RA节点个数是否大于等于四个，若验证通过则确定分组，若不通过则进入步骤二重新选择随机数进行计算。

分组确定后，所有节点均会保留一份全部节点名单和组内节点名单。

本模型中风险评估相关数据较为碎片化，不适合每次请求都进行一次共识，为了简单高效起见，链上区块的生成和共识直接由分组RA主节点将数据收集后发起，所有RA副本节点共同完成。

所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT共识步骤包括：

步骤一，设置组内编号和全局编号：

为RA节点设置组内编号，根据组内视图编号v_g和组内节点数num_g，确定当前视图中组内主节点的编号p_g＝v_gmod|num_g|；

为各组内主节点设置全局编号，根据全局视图编号v_a和分组数num_a，确定当前视图中的全局主节点编号p_a＝v_amod|num_a|。

步骤二，EC发送数据更新消息到全局主节点：

Ec_i将自身的update消息，连同对该消息的签名sig_update一并发送给全局主节点Ra_k。

步骤三，Ra_k评估数据后并将其打包区块：

Ra_k接受到update消息后，对update消息的签名sig_update验签，非法则丢弃该请求，合法则下载风险评估相关数据；

Ra_k验证风险评估相关数据的真实性和完整性后进行评估，记录进更新请求表Utable0，Ra_k对Ec_i近期更新的各条m选择一种风险评估算法进行评估得到各自风险值VaR_m，并更新Ec_i的最终风险值VaR，同时生成一条风险值变化信息tx，打包进区块当中；风险值变化信息

其中VaR_p为变化前的最终风险值，初始化时为0，VaR_p为更新后的最终风险值，ID_alg为当前评价结果所依据风险算法的标识，Height为当前tx所属的区块高度；

Ra_k经过t时间的收集后，将收集到的tx组成Block，则

其中Prehash为指向前一个区块的哈希指针，Timestamp为出块时间戳，Height为当前区块高度，

为主节点Ra_k对区块的签名，TX Root为当前区块所有tx组成的Merkle树的根；

步骤四，Ra_k发送共识提案到各分组主节点：

Ra_k发送共识提案<Proposal，v_a，Height，Blockheader，Utable0>到各分组主节点；

步骤五，分组内部达成共识：

各分组主节点接受到主节点Ra_k发送的共识提案后，将其附上组内视图编号v_g后，在组内进行广播，组内副本RA节点需要进行区块的校验，校验内容如下：

(1)对出块节点的签名

验签；

(2)共识提案中的v_a、v_g及Height是否正确；

(3)通过对Block_n+1的区块头进行哈希计算，检验Block_n+1的父区块是否为Block_n；

(4)检查Block_n+1区块中的tx是否存在异常赋值，并检验其根哈希值是否和区块头中的TX Root相同。

校验完成后，发送组内共识响应消息

给分组主节点，其中

为当前副本RA节点的标识，

对当前副本RA节点对共识响应消息的签名。

步骤六，分组主节点向全局主节点发送全局共识响应：

分组主节点收集组内的组内共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个(包括主节点自身)合法分组共识响应消息后(f₂为组内拜占庭节点的数量)，将消息中各个副本RA节点的签名聚合为sig_agg1，并向全局主节点发送一条全局共识响应消息＜Respond_a,v_a,Height,Blockheader,sig_agg1,list_g＞，其中list_g为参与生成聚合签名的所有组内list_g节点的ID列表；

步骤七，全局达成共识：

全局主节点Ra_k收集分组主节点发来的全局共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个全局共识响应消息后(f₂为分组主节点中拜占庭节点的数量)，将这些消息中的聚合签名再次聚合为sig_agg2，并广播一条共识确认消息＜Commit,Blockheader,v_a,Height,sig_agg2,list_a＞，其中list_a为参与生成聚合签名的所有RA节点的ID列表。

副本RA节点接受到全局主节点Ra_k发送的共识确认消息后，通过利用list_a中包含节点的公钥验证sig_agg2，验证通过后，将本轮共识区块同步到本节点的链上，并开启下一轮共识。

当全局或组内主节点发生宕机等意外情况，导致在规定时间内没有正常履行出块职责时，将执行视图更换流程，由下一个副本RA节点继续完成出块工作，保持区块链的正常运行，以全局主节点Ra_k发生意外为例，所述的一种结合聚合签名的两级共识机制GABFT视图更换步骤包括：

步骤一，副本RA节点发起视图更换请求：

副本RA节点发现主节点Ra_k存在问题时，发送视图变更请求

给其他副本RA节点，其中v_a+1表示变更后的视图编号，

为发起视图变更请求的副本RA节点的ID，

为该节点对视图变更请求的签名，Height为Ra_u本地的区块高度，sig_agg-p为Ra_u前一轮共识中收集到的聚合签名，用于证明高度为Height的区块的正确性；

步骤二，其他副本节点验证视图更换请求：

其他副本RA节点在接收到视图变更请求后，对请求进行验证，验证通过后广播变更确认消息

其中

为当前副本RA节点的ID，

对当前副本RA节点对变更确认消息的签名；

步骤三，副本RA节点收集合法变更确认消息：

副本RA节点收集到大于等于2f+1个合法变更确认消息后(组内视图更换时f＝f₂，全局视图更换时f＝f₁)，更新视图编号为v_a+1；

步骤四，由新的RA主节点履行评估和区块生成职责。

组内主节点的视图更换流程与上述流程基本相同，区别在于新的组内主节点生成后，将重新请求获得全局主节点发送的共识提案，并在组内广播。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于基于区块链的异构身份联盟风险评估系统的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法，其特征在于，所述基于区块链的异构身份联盟风险评估系统包括：身份认证中心、受评估节点、风险评估节点、联盟链、云服务器；

身份认证中心，用于进行全局设置以及生成系统主公钥和主私钥；用于审核受评估企业的身份，并为企业分配身份和密钥对；同时用于审核风险评估机构的资质，并为风险评估机构分配身份和属性私钥；

受评估节点，用于提供风险评估所需数据，并将收集到的数据加密上传至云服务器；所述风险评估所需数据包括：企业资产数据、存在漏洞数据以及风险行为数据；

风险评估节点，用于表征评估节点群的选举和风险评估数据区块的生成；

联盟链，用于存储风险评估相关数据的摘要值和重要参数；

云服务器，用于存储加密后的风险评估相关数据；

所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法包括以下步骤：

(1)身份认证中心IA生成主密钥对(MPK,MSK)←Setup(λ)，其中λ表示安全参数；系统的主公钥MPK公开，主私钥MSK由IA秘密保存；

(2)受评估节点Ec_i提交加入联盟链AC申请，IA审核身份通过后为受评估节点Ec_i分配身份证书

其中ID_ECi表示节点全局唯一身份标识，

表示节点的密钥对；

(3)风险评估节点Ra_j提交加入AC申请，IA审核资质通过后为风险评估节点RA分配身份证书

并为Ra_j生成节点属性私钥ASK＝KeyGen(MPK,MSK,A_p)；其中

表示节点全局唯一身份标识，

表示节点的密钥对，A_p＝(a₁,a₂,a₃,...,a_n)表示Ra_j节点所具有的属性集；

(4)首先，Ec_i每经过t_h时间处理一次自身发生的数据更新，数据更新为每一条更新的风险评估相关数据m，建立用于标识数据在云服务器存储路径里的具体序号的索引index；其次，利用在密钥空间随机选取的对称文件密钥key_m加密m得到一条密文CT，并按照当前节点自定义的访问策略A_s，利用MPK加密对称文件密钥key_m得到key'_m←Encrypt(MPK,A_s,key_m)；Ec_i将各条密文CT与其索引index组合，构成M集合，同时附上明文形式的访问策略A_s，属性加密后的对称密钥key'_m，M的摘要值MD，以及Ec_i节点对MD的签名

组成文件file_j后发送至云服务器ECS；

(5)ECS接收到文件file_j，验证Ec_i的签名，并计算M的哈希值验证MD，向Ec_i返回file_j存放路径sl_j；Ec_i收到sl_j后，将自身发生数据更新的消息

发送给RA节点；

(6)风险评估节点评估Ec_i节点更新的风险数据；根据分组数X计算每个分组ID在哈希环上的位置，并通过公式Hash(ID+random)计算每一个风险评估节点在哈希环上的位置；根据RA节点在哈希环上的位置顺时针查找分组节点，查找到的第一个分组节点即为该RA节点的所属分组；

(7)验证各个分组包含的风险评估节点个数是否大于等于四个，若不通过则返回重新选择随机数计算风险评估节点位置，重新分组；若验证通过则确定分组，同时所有节点均会保留一份全部节点名单和组内节点名单；

(8)基于分组结果，为风险评估节点设置组内编号，根据组内视图编号v_g和组内节点数num_g，确定当前视图中组内主节点的编号p_g＝v_gmod|num_g|；为各组内主节点设置全局编号，根据全局视图编号v_a和分组数num_a，确定当前视图中的全局主节点编号p_a＝v_amod|num_a|；

(9)Ec_i将自身的update消息，连同对该消息的签名sig_update一并发送给全局主节点Ra_k；Ra_k接收到update消息后，对update消息的签名sig_update验签，若非法则丢弃请求，合法则下载风险评估相关数据；

具体步骤如下：

当值节点Ra_k在接收到update后，

首先，利用Ec_i的公钥

对

验签，并向云服务器请求下载存储在sl_j中的file_j；

其次，ECS将根据被请求文件对应的访问策略判断Ra_k是否满足条件，满足条件为利用Ec_i的公钥

对

验签通过：若满足条件，则允许Ra_k下载file_j得到M，并通过比较update与file_j中的

和MD，确定数据来源是否真实有效且存储在云服务器上的数据是否被篡改；

最后，解密key'_m得到文件密钥

并利用key_m获得明文数据m，进行风险值的计算；

(10)Ra_k验证风险评估相关数据的真实性和完整性后进行评估，记录进更新请求表Utable0，Ra_k对Ec_i近期更新的各条明文数据m选择一种风险评估算法进行评估得到各自风险值VaR_m，并更新Ec_i的最终风险值VaR_i，同时生成一条风险值变化信息tx，打包进区块当中；其中，

VaR_p表示变化前的最终风险值，VaR_a表示更新后的最终风险值，ID_alg表示当前评价结果所依据风险算法的标识，Height表示当前tx所属的区块高度；

(11)Ra_k收集t时间的风险值变化信息tx，将收集的tx组成Block，则

其中Prehash表示指向前一个区块的哈希指针，Timestamp表示出块时间戳，Height表示当前区块高度，

表示主节点Ra_k对区块的签名，TXRoot表示当前区块所有tx组成的Merkle树的根；

(12)Ra_k发送共识提案<Proposal，v_a，Height，Blockheader，Utable0>到各分组主节点；各分组主节点接收到主节点Ra_k发送的共识提案后，将其附上组内视图编号v_g后，在组内进行广播，组内副本风险评估节点进行区块的校验；

(13)校验完成后，发送组内共识响应消息

给分组主节点，其中

表示当前副本风险评估节点的标识，

表示当前副本风险评估节点对共识响应消息的签名；

(14)分组主节点收集组内的组内共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个包括主节点自身的合法分组共识响应消息后，将消息中各个副本RA节点的签名聚合为sig_agg1，并向全局主节点发送一条全局共识响应消息＜Respond_a,v_a,Height,Blockheader,sig_agg1,list_g＞，其中f₂表示组内拜占庭节点的数量；list_g表示参与生成聚合签名的所有组内list_g节点的ID列表；

(15)全局主节点Ra_k收集分组主节点发来的全局共识响应消息，当收集到大于等于2f₂+1个全局共识响应消息后，将所述消息中的聚合签名再次聚合为sig_agg2，并广播一条共识确认消息＜Commit,Blockheader,v_a,Height,sig_agg2,list_a＞，其中list_a表示参与生成聚合签名的所有风险评估节点的ID列表；

(16)副本风险评估节点接收到全局主节点Ra_k发送的共识确认消息后，通过利用list_a中包含节点的公钥验证sig_agg2，验证通过后，将本轮共识区块同步到本节点的链上。

2.如权利要求1所述应用于基于区块链的异构身份联盟风险评估系统的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法，其特征在于步骤(12)中，所述进行区块的校验包括：

对签名

验签；判断共识提案中的v_a、v_g及Height是否正确；通过对Block_n+1的区块头进行哈希计算，检验Block_n+1的父区块是否为Block_n；检查Block_n+1区块中的tx是否存在异常赋值，并检验其根哈希值是否和区块头中的TXRoot相同。

3.如权利要求1所述应用于基于区块链的异构身份联盟风险评估系统的基于区块链的异构身份联盟风险评估方法，其特征在于所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法还包括：

当全局或组内主节点在规定时间内未出块时，由下一个副本RA节点出块进行视图更换；

所述由下一个副本风险评估节点出块进行视图更换包括：副本风险评估节点发起视图更换请求，其他副本节点验证视图更换请求，副本风险评估节点收集合法变更确认消息，由新的风险评估主节点履行评估和区块生成职责；

当全局或组内主节点发生宕机意外情况，导致在规定时间内没有正常履行出块职责时，将执行视图更换流程，由下一个副本RA节点继续完成出块工作，保持区块链的正常运行；

所述由下一个副本风险评估节点出块进行视图更换步骤如下：

1)副本风险评估节点发起视图更换请求：

副本RA节点发现主节点Ra_k存在问题时，发送视图变更请求

给其他副本RA节点；其中v_a+1表示变更后的视图编号，

表示发起视图变更请求的副本风险评估节点的ID，

表示该节点对视图变更请求的签名，Height表示Ra_u本地的区块高度，sig_agg-p表示Ra_u前一轮共识中收集到的聚合签名，用于证明高度为Height的区块的正确性；

2)其他副本节点验证视图更换请求：其他副本风险评估节点在接收到视图变更请求后，对请求进行验证，验证通过后广播变更确认消息

其中，

表示当前副本风险评估节点的ID，

表示当前副本风险评估节点对变更确认消息的签名；

3)副本风险评估节点收集合法变更确认消息：副本风险评估节点收集到大于等于2f+1个合法变更确认消息后，组内视图更换f＝f₂，全局视图更换f＝f₁，更新视图编号为v_a+1；由新的风险评估主节点履行评估和区块生成职责。

4.一种接收用户输入的 程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行如权利要求1-3任意一项所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法。

5.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-3任意一项所述基于区块链的异构身份联盟风险评估方法。

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