CN114329566A - 基于门限加密的区块链上随机数的生成方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法和系统，方法包括以下步骤：接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；当参与节点监听到链上事件后，验证产生所述链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性；完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文；链上收到所述部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法和系统。
背景技术
区块链是去中心化的分布式系统，在这样的系统上要安全地生成一个随机数是很困难的。此处的安全主要表现在以下几个方面：(1)少于容错数的参与节点即使协同作恶也不能预测或影响随机数的结果。(2)一旦结果生成则无法反悔。通常随机数是指满足这样性质的数：(1)它的取值满足某种统计学关系(分布列)；(2)它的取值与之前的取值无关。
已有的方案或多或少都存在着参与节点或用户可能影响或预测随机数、反悔随机结果的情况。例如某些方案中，参与节点先公开随机种子的哈希，然后在一段时限内要求参与节点公开随机种子，超时则不参与随机数生成，但这样的话，最后一个公开者可以通过选择是否公开自己的随机种子来影响随机数结果。还有某些方案，让用户自己通过可验证随机函数生成随机数的，用户可以在随机结果对自己不利的情况下拒绝公布随机结果来反悔。
发明内容
鉴于以上存在的问题，本发明提供一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法和系统，用于保证随机数生成的安全性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，包括以下步骤：
初始设置，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；
接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；
当参与节点监听到链上事件后，验证产生所述链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证所述密文来自F+1个不同的参与节点；完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所述所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证这些部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
链上收到所述部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
第一方面的一种可能设计中，所述链上事件为由用户收到请求的响应后，验证响应中的门限加密后的随机种子的密文的合法性以及签名的合法性，当收集到F+1个来自不同参与方的合法的随机种子密文后，将所述随机种子密文连同签名一起作为交易发到链上进行共识，共识完成后产生一个链上事件通知参与节点。
第一方面的一种可能设计中，用户接收到F+1个合法的生成随机数请求的响应后，将响应合并发到链上进行共识前设置押金，若用户不在时限内将解密结果提交则任何第三方都可提交解密结果获取押金。
第一方面的一种可能设计中，所述参与节点为区块链的共识节点。
第一方面的一种可能设计中，所述参与节点为超级账本联盟链中的背书节点。
第二方面，本发明实施例提供一种基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，包括：
私钥保存单元，用于保存私钥；所述私钥产生过程为，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；
密文产生单元，用于接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；
密文验证单元，用于当参与节点监听到链上事件后，验证产生所述链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证所述密文来自F+1个不同的参与节点；
部分解密单元，用于完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
部分解密密文验证单元，用于当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证这些部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
随机数生成单元，用于链上收到所述部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
第二方面的一种可能设计中，所述链上事件为由用户收到请求的响应后，验证响应中的门限加密后的随机种子的密文的合法性以及签名的合法性，当收集到F+1个来自不同参与方的合法的随机种子密文后，将所述随机种子密文连同签名一起作为交易发到链上进行共识，共识完成后产生一个链上事件通知参与节点。
第二方面的一种可能设计中，用户接收到F+1个合法的生成随机数请求的响应后，将响应合并发到链上进行共识前设置押金，若用户不在时限内将解密结果提交则任何第三方都可提交解密结果获取押金。
第二方面的一种可能设计中，所述参与节点为区块链的共识节点。
第二方面的一种可能设计中，所述参与节点为超级账本联盟链中的背书节点。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，至少包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行实现如上任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法。
采用本发明具有如下的有益效果：任何不超过容错数F的参与方和任意数量的用户，不论如何协同作恶，都无法影响、预测随机数结果，也无法阻止别人知道随机数结果，保证保证随机数生成的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，所示为本发明实施例的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法的步骤流程图，包括以下步骤：
S10，初始设置，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；此处将阈值设置为F+1是为了避免F个恶意节点协作。
S20，接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；此处的多个参与节点可以设置为至少2F+1，因为需要至少F+1个参与方的响应，但F个恶意节点有可能不响应；
S30，当参与节点监听到链上事件后，验证产生链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证密文来自F+1个不同的参与节点；完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
S40，当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
S50，链上收到部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
通过以上设置的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，使得任何不超过容错数F的参与方和任意数量的用户，不论如何协同作恶，都无法影响、预测随机数结果，也无法阻止别人知道随机数结果，保证保证随机数生成的安全性。
本发明一实施例的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法中，链上事件为由用户收到请求的响应后，验证响应中的门限加密后的随机种子的密文的合法性以及签名的合法性，当收集到F+1个来自不同参与方的合法的随机种子密文后，将所述随机种子密文连同签名一起作为交易发到链上进行共识，共识完成后产生一个链上事件通知参与节点。此处将交易发到链上，用于保证解密的对象相同，否则用户可能制造多组请求响应在解密后从中挑选出想要的。
本发明一实施例的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，进一步包括：用户接收到F+1个合法的生成随机数请求的响应后，将响应合并发到链上进行共识前设置押金，若用户不在时限内将解密结果提交则任何第三方都可提交解密结果获取押金，避免用户发起恶意请求，占用链上资源。
本发明实施例的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，参与节点可以是一般的区块链的共识节点，也可以是像超级账本联盟链中的背书节点，甚至可以是任意一组使用这个随机数的用户认同的人，例如用户可以是智能合约的编写者或调用智能合约的人。
与本发明方法实施例对应的，参见图2，所示为本发明实施例提供的一种基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，包括：
私钥保存单元101，用于保存私钥；所述私钥产生过程为，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；此处将阈值设置为F+1是为了避免F个恶意节点协作。
密文产生单元102，接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；此处的多个参与节点可以设置为至少2F+1，因为需要至少F+1个参与方的响应，但F个恶意节点有可能不响应；
密文验证单元103，用于当参与节点监听到链上事件后，验证产生所述链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证所述密文来自F+1个不同的参与节点；
部分解密单元104，用于完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
部分解密密文验证单元105，用于当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证这些部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
随机数生成单元106，用于链上收到所述部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
通过以上设置的基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，使得任何不超过容错数F的参与方和任意数量的用户，不论如何协同作恶，都无法影响、预测随机数结果，也无法阻止别人知道随机数结果，保证保证随机数生成的安全性。
图3示出了本说明书实施例所提供的一种更为具体的计算设备硬件结构示意图，该计算机设备可以包括：处理器201、存储器202、输入/输出接口203、通信接口204和总线205。其中处理器201、存储器202、输入/输出接口203和通信接口204通过总线205实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器201可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器202可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器202可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器202中，并由处理器201来调用执行。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条计算机程序，该计算机程序能够被处理器进行加载，以执行本申请实施例所提供的任一种通过占位符减少交易读写冲突的方法中的步骤。例如，该计算机程序可以执行如下步骤：
初始设置，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；此处将阈值设置为F+1是为了避免F个恶意节点协作。
接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；此处的多个参与节点可以设置为至少2F+1，因为需要至少F+1个参与方的响应，但F个恶意节点有可能不响应；
当参与节点监听到链上事件后，验证产生链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证密文来自F+1个不同的参与节点；完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
链上收到部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
以上各个步骤的具体实施可参见上述的方法实施例，在此不再赘述。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
由于该存储介质中所存储的计算机程序，可以执行本申请实施例所提供的任一种通过占位符减少交易读写冲突的方法中的步骤，因此，可以实现本申请实施例所提供的任一种通过占位符减少交易读写冲突的方法所能实现的有益效果，详见上述的实施例，在此不再赘述。
应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。
Claims (12)
1.一种基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始设置，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；
接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；
当参与节点监听到链上事件后，验证产生所述链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证所述密文来自F+1个不同的参与节点；完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所述所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证所述部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
链上收到所述部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
2.如权利要求1所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，其特征在于，所述链上事件为由用户收到请求的响应后，验证响应中的门限加密后的随机种子的密文的合法性以及签名的合法性，当收集到F+1个来自不同参与方的合法的随机种子密文后，将所述随机种子密文连同签名一起作为交易发到链上进行共识，共识完成后产生一个链上事件通知参与节点。
3.如权利要求1所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，其特征在于，用户接收到F+1个合法的生成随机数请求的响应后，将响应合并发到链上进行共识前设置押金，若用户不在时限内将解密结果提交则任何第三方都可提交解密结果获取押金。
4.如权利要求1至3任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，其特征在于，所述参与节点为区块链的共识节点。
5.如权利要求1至3任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，其特征在于，所述参与节点为超级账本联盟链中的背书节点。
6.一种基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，其特征在于，包括：
私钥保存单元，用于保存私钥；所述私钥产生过程为，由可信的第三方为参与节点生成阈值为F+1的门限加密的公私钥对，F为容错数，且F为正整数，每个公私钥对的公钥公开，私钥由每个参与节点各自保存；
密文产生单元，用于接收用户向多个参与节点发送的生成随机种子请求并收集至少F+1个合法响应，参与节点在收到请求后，生成随机种子，并用门限加密的公钥加密得到密文，再使用私钥对密文进行签名，返回给用户；
密文验证单元，用于当参与节点监听到链上事件后，验证产生所述链上事件的交易中的所有门限加密后的随机种子的密文以及签名的合法性，并验证所述密文来自F+1个不同的参与节点；
部分解密单元，用于完成验证后，参与节点通过自己门限加密的私钥对所有随机种子密文进行解密得到所有随机种子的部分解密密文，将所有随机种子的部分解密的密文公开广播；
部分解密密文验证单元，用于当用户或者参与节点收集到其它节点广播的所有随机种子的部分解密的密文后，验证这些部分解密的密文的合法性，在收集到F+1个来自不同参与节点的合法的部分解密的密文后，将F+1个部分解密的密文发到链上；
随机数生成单元，用于链上收到所述部分解密的密文后，通过门限加密算法解出所有随机种子，将所有随机种子拼接在一起进行哈希得到最终的随机种子，生成随机数。
7.如权利要求1所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，其特征在于，所述链上事件为由用户收到请求的响应后，验证响应中的门限加密后的随机种子的密文的合法性以及签名的合法性，当收集到F+1个来自不同参与方的合法的随机种子密文后，将所述随机种子密文连同签名一起作为交易发到链上进行共识，共识完成后产生一个链上事件通知参与节点。
8.如权利要求1所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，其特征在于，用户接收到F+1个合法的生成随机数请求的响应后，将响应合并发到链上进行共识前设置押金，若用户不在时限内将解密结果提交则任何第三方都可提交解密结果获取押金。
9.如权利要求6至8任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成系统，其特征在于，所述参与节点为区块链的共识节点。
10.如权利要求6至8任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法，其特征在于，所述参与节点为超级账本联盟链中的背书节点。
11.一种计算机设备，其特征在于，至少包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行实现权利要求1至5任一所述的基于门限加密的区块链上随机数的生成方法。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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