CN114500433A - 基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法 - Google Patents

基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其包括以下步骤，步骤一：在邮箱设置中开启邮件批量保全功能；步骤二：定时分解邮件内容，根据哈希算法计算出每一封邮件特征值；步骤三：以默克尔树为框架，通过哈希算法合并计算每两封邮件的特征值，最终得到一个根特征值；步骤四：将根特征值发送至区块链系统，并保存交易地址；步骤五：将特征值序列与根特征值一起存储于服务器；步骤六：根据单个邮件的特征值与保存的特征值序列，根特征值，交易地址可验证单个邮件的保全内容。本发明通过哈希算法实现了邮件数据特征值的计算，以默克尔树为框架，借助区块链技术，实现了邮件数据的批量处理和保全功能，使邮件的数据保全更便捷。

Description

基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法
技术领域
本申请涉及领域计算机技术领域和数据保全领域，具体涉及一种基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全的方法。
背景技术
在互联网技术日趋发达的今天，人们共享信息越来越便利，复制一份电子数据接近零成本，这使得人们对于电子信息的真实性及信息发生的源头很难跟踪。一旦发生纠纷，判断纠纷双方提供的电子数据是否为未经篡改的原始数据，就变得异常重要。
解决上述问题的根本是能够将数据进行保全。数据保全主要指对电子数据(纸质数据与文字的电子化)的保全，是指利用专业技术将电子数据进行加密运算，再带上一些能够证明当前数据信息的元数据，如数据保全时间及编号等，使得无论经过多久，数据都能保持它原来的样子，也不能轻易被篡改。将电子数据进行保全后，在发生纠纷时，不但有公证处可以为您作证，还可以申请保全证书公证、司法鉴定等。
数据保全主要有两种方式：1.传统的公证处公正方式，或基于其他权威机构的证明方式；2.基于区块链技术的数据保全，原理是使用区块链的不可篡改性质。在本发明中使用基于区块链方式的数据保全证明方式。
产生于2008年的区块链技术是一种互联网数据库技术，其具有去中心化、公开透明、数据存储安全、不可轻易篡改的特性。目前国内和国际上均有很多使用区块链技术为大众提供数据保全的服务，如北京互联网法院电子证据平台使用的是天平链提供了的数据保全服务。在使用这些数据保全服务时，需要在网站上注册会员并登录，将数据上传至网站上完成保全，以后在查看或使用保全数据时，需要再次登录网站。这种方式需要用户记录网址以及在网站上注册的用户名和密码，同时还需要学习如何保全数据，如何查看保全数据，无形中就增加了很多附加成本和学习成本。
电子邮件服务已经诞生了很多年，会使用计算机或智能手机的人员对于收发邮件这些功能都可以熟练操作，本发明可以实现普通用户通过使用收发邮件的方式完成数据保全功能，对多封邮件的进行统一数据保全，降低使用难度。在有多封邮件需要保全的情况下，可对多封邮件进行一次数据保全，大大降低保全成本。保全数据文件中同时存有保全索引文件及算法说明，用户可随时自行或通过系统验证保全合法性并使用。
发明内容
本发明的目的是为了改变当前用户使用数据保全服务的繁琐过程，降低用户使用数据保全服务的难度，通过将收或发的邮件批量上链完成数据保全，并且用户自己方便的验证数据合法性。本发明通过设定的哈希算法实现了邮件数据特征值的计算，以默克尔树算法为基本框架，借助区块链技术，实现了邮件数据的批量处理和保全功能，使邮件的数据保全更便捷，保存的信息更准确。
为实现上述目的，本发明所采用的解决方案为：
一种基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，具体步骤如下：
步骤1：在邮箱设置中开启邮件批量保全功能；
步骤2：定时自动获取邮箱内待保全的邮件，将获取的邮件分解为邮件题目、邮件内容、邮件附件和邮件属性信息；根据设定的哈希算法计算出每一封邮件的特征值；具体实现过程如下所示；
Figure BDA0003482564210000021
式中：Hashi表示第i封邮件的特征值；H表示设定的哈希算法；Titi表示第i封邮件的题目；Coni表示第i封邮件的内容；Atti表示第i封邮件的附件；Proi表示第i封邮件的属性；i表示邮件编号；n表示获取邮件的总数；
步骤3：根据默克尔树数据结构，将每封邮件的特征值进行两两合并计算，循环多层计算，最终合并计算得到一个根特征值；其实现过程如下所示：
步骤31：获取步骤2中计算得到的所有特征值，对所有的特征值个数进行求和，获得特征值总数m；
步骤32：判断特征值总数m是否为偶数，如果为偶数，则执行步骤33；否则，执行下式计算过程；
Figure BDA0003482564210000022
式中：m表示特征值总数；Hashm表示第m个的特征值；
步骤33：以默克尔树数据结构为框架，根据哈希算法计算两两合并后的特征值，即为新的特征值，计算过程如下式所示；
Figure BDA0003482564210000031
式中：Hash(2j-1)-(2j)表示编号为(2j-1)-(2j)的特征值；Hash(2j-1)表示编号为(2j-1)的特征值；Hash(2j)表示编号为(2j)的特征值；j表示特征值编号；
步骤34：获取步骤33计算得到的所有特征值，更新特征值总数m；
步骤35：判断m是否为1；如果是，则输出得到根特征值，记为Hashr；否则返回步骤32，执行下一层循环；
步骤4：将根特征值Hashr发送至区块链系统，并将上链交易地址回写到邮件数据保全系统；
步骤5：将保全邮件的特征值列表按照顺序与根特征值一起存储于邮件服务器；
步骤6：根据单个邮件的特征值、特征值序列以及步骤3计算得到的根特征值，通过区块链上保存的内容则能够验证单个邮件的保全内容是否发生改动。
可优选的是，所述步骤1中开启批量邮件保全功能，具体为：设置邮件保全的周期以及是否开启批量数据保全。
可优选的是，所述步骤2中根据设定的算法计算每一封邮件的特征值，具体为：按时间倒序筛选出待保全的邮件列表，根据步骤2中设定的哈希算法计算每封邮件的特征值，将特征值依次记为Hash1，Hash2，…，Hashn。
可优选的是，所述步骤3中根据默克尔树算法，将每封邮件的特征值两两合并计算，最终计算得到一个根特征值具体实现过程如下：
第一层计算：将Hash1与Hash2根据哈希算法计算得到的特征值计为Hash1-2；Hash3与Hash4根据哈希算法计算特征值计为Hash3-4；Hashm-1与Hashm根据哈希算法计算特征值计为Hashm-1-m；
第二层计算：将Hash1-2与Hash3-4根据哈希算法计算特征值计为Hash(1-2)-(3-4)；将Hash(m-3)-(m-2)与Hash((m-1)-m)根据哈希算法计算的特征值为Hash((m-3)-(m-2))-((m-1)-m)；
如此重复多层计算，最终合并计算得到一个根特征值Hashr。
可优选的是，所述步骤4中的根特征值Hashr发送至区块链系统具体为：将特征值Hashr写入N个区块链，N为正整数；其中所述区块链是私有链，联盟链或公有链；将发送至区块链系统后的交易地址回写到邮件数据保全系统。
可优选的是，所述步骤5中的指邮件服务器包括常规的邮件功能以及存储上链和数据保全信息的内容；将保全邮件的特征值列表及步骤3得到的根特征值，一同存储于邮件服务器上，存储内容包括：按照默克尔树框架计算的顺序保存单个邮件的特征值序列、根特征值以及区块链中交易地址。
可优选的是，所述步骤6中根据单个邮件计算的特征值与以默克尔树为框架保存的特征值序列、根特征值以及区块链交易地址完成单个邮件的保全内容的验证，具体过程为：
步骤61：首先，验证默克尔根特征值与区块链保存的数据一致，不一致的话说明根特征值已经被改动，如果一致，说明根特征值未修改；
步骤62：其次，把原始邮件按照设定哈希算法的要求计算特征值，并与保存的其他邮件的特征值组成默克尔树，如果存储的根特征值和新计算的根特征值一致，则完成邮件数据保全的验证。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过设定的哈希算法实现了邮件数据特征值的计算，以默克尔树算法为基本框架，借助区块链技术，实现了邮件数据的批量处理和保全功能，使邮件的数据保全更便捷，保存的信息更准确。
(2)本发明的应用改变了当前用户使用数据保全服务的繁琐过程，降低用户使用数据保全服务的难度，通过将收或发的邮件批量上链完成数据保全，并且用户自己方便的验证数据合法性。
附图说明
图1为本发明实施例的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法的控制框图；
图2为本发明实施例的逻辑流程图；
图3为本发明实施例的批量邮件信息生成默克尔树的逻辑图；
图4为本发明实施例的根特征值上链的示意图；
图5为本发明实施例的单个邮件数据保全验证的逻辑图；
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明涉及的实施方式。
本发明的目的是为了改变当前用户使用数据保全服务的繁琐过程，降低用户使用数据保全服务的难度，通过将收或发的邮件批量上链完成数据保全，并且用户自己方便的验证数据合法性。本发明通过设定的哈希算法实现了邮件数据特征值的计算，以默克尔树算法为基本框架，借助区块链技术，实现了邮件数据的批量处理和保全功能，如图1所示为基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法的控制框图，通过本方法使邮件的数据保全更便捷，保存的信息更准确。为了证明本发明的适用性，下面将结合实施例进一步说明，下面参照附图2本发明的逻辑流程图，进一步说明：
S1：在邮箱设置中开启邮件批量保全功能；用户通过邮箱服务提供的批量保全开关按钮设置开启或关闭邮件批量保全功能，并可以设置批量保全的周期，例如以一天或一周为周期。
S2：定时自动获取邮箱内待保全的邮件，将获取的邮件分解为邮件题目、邮件内容、邮件附件和邮件属性信息；根据设定的哈希算法计算出每一封邮件的特征值；具体实现过程如下所示；
Figure BDA0003482564210000051
式中：Hashi表示第i封邮件的特征值；H表示设定的哈希算法；Titi表示第i封邮件的题目；Coni表示第i封邮件的内容；Atti表示第i封邮件的附件；Proi表示第i封邮件的属性；i表示邮件编号；n表示获取邮件的总数；
假定当天有5封邮件，按时间顺序将这5封邮件倒序排列好，将每一封邮件按如下方式计算期特征值：
我们使用哈希函数来计算特征值。首先选取一个哈希函数，通常我们可以选取常用的SHA256算法，或者国密的M3算法。邮件的信息分解为：邮件题目，邮件内容，邮件附件，以及邮件的属性信息几个部分。计算特征值的原始信息包括：邮件题目，邮件内容，邮件附件，同时将邮件的属性信息，按照固定的顺序拼接在一起。
例如：原始信息＝邮件题目+邮件内容+邮件附件+邮件的属性信息，特征值＝SHA256(邮件题目+邮件内容+邮件附件+邮件的属性信息)或者特征值＝M3(邮件题目+邮件内容+邮件附件+邮件的属性信息)。
S3：根据默克尔树数据结构，将每封邮件的特征值进行两两合并计算，循环多层计算，最终合并计算得到一个根特征值；其实现过程如下所示：
S31：获取S2中计算得到的所有特征值，对所有的特征值个数进行求和，获得特征值总数m；
S32：判断特征值总数m是否为偶数，如果为偶数，则执行S33；否则，执行下式计算过程；
Figure BDA0003482564210000061
式中：m表示特征值总数；Hashm表示第m个的特征值；
默克尔树要求最底层的根结点数量为偶数个，故当S2步骤中邮件数量m为奇数时，由系统自动补充一个零特征值到最后，以确保下面的算法能够继续进行。
将每一封邮件的计算出来的特征值依次记为Hash1，Hash2,Hash3,Hash4,Hash5，在最后补充一个Hash0，得到最新的特征值列表：Hash1,Hash2,Hash3,Hash4,Hash5,Hash0；
S33：以默克尔树数据结构为框架，根据哈希算法计算两两合并后的特征值，即为新的特征值，计算过程如下式所示；
Figure BDA0003482564210000062
式中：Hash(2j-1)-(2j)表示编号为(2j-1)-(2j)的特征值；Hash(2j-1)表示编号为(2j-1)的特征值；Hash(2j)表示编号为(2j)的特征值；j表示特征值编号；
S34：获取S33计算得到的所有特征值，更新特征值总数m；
S35：判断m是否为1；如果是，则输出得到根特征值，记为Hashr；否则返回S32，执行下一层循环；
附图3为详细说明了本发明以默克尔数为基本框架实现的批量邮件信息处理的逻辑图；实施例的计算过程如下：
第一层计算：
将Hash1与Hash2用SHA256算法或国密M3算法，再次运算得到Hash12，即:
Hash12＝SHA256(Hash1+Hash2)
将Hash3与Hash4用SHA256算法或国密M3算法，再次运算得到Hash34,即：
Hash34＝SHA256(Hash3+Hash4)
将Hash5与Hash0用SHA256算法或国密M3算法，再次运算得到Hash50,即
Hash50＝SHA256(Hash5+Hash0)
第二层计算：
由于上一步得到的个数为奇数，则将上一轮的计算结果最后一位补充零特征值，得到新特征值序列：Hash12、Hash34、Hash50、Hash0
将Hash12和Hash34再次运算，得到Hash1234,即：
Hash1234＝SHA256(Hash12+Hash34)
Hash500＝SHA256(Hash50+Hash0)
第三层计算：
将上一轮的计算得到的Hash1234和Hash500，通过SHA256或国密M3算法进行再次运算，得到根特征值：
Hashr＝SHA256(Hash1234+Hash500)
S4：将根特征值Hashr发送至区块链系统，并将上链交易地址回写到邮件数据保全系统；参照附4显示了本发明根特征值上链的示意图；
通过使用的区块链系统的接口，将需要保存的特定值写入区块链系统，并且将写入后区块链系统返回的哈希地址记录到系统中，与数据保全的信息建立对应关系。
如果在数据保全中使用多个区块链系统，上面的写入操作根据每种区块链系统的接口要求，都写入一遍，每个区块链系统的返回哈希地址都记录到系统中，与做数据保全的信息建立对应关系。
发送成功后，生成带有数据验证地址、数据保全时间、保全数据相关信息的保全证书。因为是多封邮件的数据保全，为了保证验证逻辑，还需要将全部邮件的特征值序列放到保全证书中，便于独立效验单个邮件。
S5：将保全邮件的特征值列表按照顺序与根特征值一起存储于邮件服务器；
所述邮件服务器包括常规的邮件功能以及存储上链和数据保全信息的内容及步骤S3中得到的链上数据记录地址，邮件服务器上保存了验证数据需要的所有元素；这些数据包括：
1.保全邮件的特征值序列：Hash1,Hash2,Hash3,Hash4,Hash5,Hash0；
2.根特征值Hashr；
3.上链后的数据交易地址。
S6：根据单个邮件的特征值、特征值序列、S3计算得到的根特征值，通过区块链上保存的内容则能够验证单个邮件的保全内容是否发生改动。附图5说明了单个邮件数据保全验证的逻辑图，具体过程如下：
S61：首先，验证默克尔根特征值与区块链保存的数据一致，不一致的话说明根特征值已经被改动，如果一致，说明根特征值未修改；
S62：其次，把原始邮件按照设定哈希算法的要求计算特征值，并与保存的其他邮件的特征值组成默克尔树，如果存储的根特征值和新计算的根特征值一致，则完成邮件数据保全的验证。
综上，本案例的实现过程证明了基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法具有很好的功能和实际应用效果。
(1)本发明通过设定的哈希算法实现了邮件数据特征值的计算，以默克尔树算法为基本框架，借助区块链技术，实现了邮件数据的批量处理和保全功能，使邮件的数据保全更便捷，保存的信息更准确。
(2)本发明的应用改变了当前用户使用数据保全服务的繁琐过程，降低用户使用数据保全服务的难度，通过将收或发的邮件批量上链完成数据保全，并且用户自己方便的验证数据合法性。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：在邮箱设置中开启邮件批量保全功能；
步骤2：定时自动获取邮箱内待保全的邮件，将获取的邮件分解为邮件题目、邮件内容、邮件附件和邮件属性信息；根据设定的哈希算法计算出每一封邮件的特征值；具体实现过程如下所示；
Figure FDA0003482564200000011
式中：Hashi表示第i封邮件的特征值；H表示设定的哈希算法；Titi表示第i封邮件的题目；Coni表示第i封邮件的内容；Atti表示第i封邮件的附件；Proi表示第i封邮件的属性；i表示邮件编号；n表示获取邮件的总数；
步骤3：根据默克尔树数据结构，将每封邮件的特征值进行两两合并计算，循环多层计算，最终合并计算得到一个根特征值；其实现过程如下所示：
步骤31：获取步骤2中计算得到的所有特征值，对所有的特征值个数进行求和，获得特征值总数m；
步骤32：判断特征值总数m是否为偶数，如果为偶数，则执行步骤33；否则，执行下式计算过程；
Figure FDA0003482564200000012
式中：m表示特征值总数；Hashm表示第m个的特征值；
步骤33：以默克尔树数据结构为框架，根据哈希算法计算两两合并后的特征值，即为新的特征值，计算过程如下式所示；
Figure FDA0003482564200000013
式中：Hash(2j-1)-(2j)表示编号为(2j-1)-(2j)的特征值；Hash(2j-1)表示编号为(2j-1)的特征值；Hash(2j)表示编号为(2j)的特征值；j表示特征值编号；
步骤34：获取步骤33计算得到的所有特征值，更新特征值总数m；
步骤35：判断m是否为1；如果是，则输出得到根特征值，记为Hashr；否则返回步骤32，执行下一层循环；
步骤4：将根特征值Hashr发送至区块链系统，并将上链交易地址回写到邮件数据保全系统；
步骤5：将保全邮件的特征值列表按照顺序与根特征值一起存储于邮件服务器；
步骤6：根据单个邮件的特征值、特征值序列以及步骤3计算得到的根特征值，通过区块链上保存的内容则能够验证单个邮件的保全内容是否发生改动。
2.根据权利要求1所述的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，所述步骤1中开启批量邮件保全功能，具体为：设置邮件保全的周期以及是否开启批量数据保全。
3.根据权利要求1所述的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，所述步骤2中根据设定的算法计算每一封邮件的特征值，具体为：按时间倒序筛选出待保全的邮件列表，根据步骤2中设定的哈希算法计算每封邮件的特征值，将特征值依次记为Hash1，Hash2，…，Hashn。
4.根据权利要求1所述的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，所述步骤3中根据默克尔树算法，将每封邮件的特征值两两合并计算，最终计算得到一个根特征值具体实现过程如下：
第一层计算：将Hash1与Hash2根据哈希算法计算得到的特征值计为Hash1-2；Hash3与Hash4根据哈希算法计算特征值计为Hash3-4；Hashm-1与Hashm根据哈希算法计算特征值计为Hashm-1-m；
第二层计算：将Hash1-2与Hash3-4根据哈希算法计算特征值计为Hash(1-2)-(3-4)；将Hash(m-3)-(m-2)与Hash((m-1)-m)根据哈希算法计算的特征值为Hash((m-3)-(m-2))-((m-1)-m)；
如此重复多层计算，最终合并计算得到一个根特征值Hashr。
5.根据权利要求1所述的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，将所述步骤4中的根特征值Hashr发送至区块链系统具体为：将特征值Hashr写入N个区块链，N为正整数；其中所述区块链是私有链，联盟链或公有链；将发送至区块链系统后的交易地址回写到邮件数据保全系统。
6.根据权利要求1所述的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，所述步骤5中的指邮件服务器包括常规的邮件功能以及存储上链和数据保全信息的内容；将保全邮件的特征值列表及步骤3得到的根特征值，一同存储于邮件服务器上，存储内容包括：按照默克尔树框架计算的顺序保存单个邮件的特征值序列、根特征值以及区块链中交易地址。
7.根据权利要求1所述的基于区块链与默克尔树的多邮件数据保全方法，其特征在于，还包括步骤6中根据单个邮件计算的特征值与以默克尔树为框架保存的特征值序列、根特征值以及区块链交易地址完成单个邮件的保全内容的验证，具体过程为：
步骤61：首先，验证默克尔根特征值与区块链保存的数据一致，不一致的话说明根特征值已经被改动，如果一致，说明根特征值未修改；
步骤62：其次，把原始邮件按照设定哈希算法的要求计算特征值，并与保存的其他邮件的特征值组成默克尔树，如果存储的根特征值和新计算的根特征值一致，则完成邮件数据保全的验证。
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