TWI708154B - 適用於區塊鏈與鏈下間協作的驗證系統與方法 - Google Patents

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Abstract

一種適用於區塊鏈與鏈下間協作的驗證系統與方法，此系統包括安全協定裝置、區塊鏈裝置與資料庫裝置。安全協定裝置接收終端裝置的紀錄資料並根據雜湊函數整合紀錄資料為二元樹。各紀錄資料的雜湊值儲存於各葉節點。區塊鏈裝置位於區塊鏈且通訊連接安全協定裝置，安全協定裝置傳送二元樹的根雜湊值至區塊鏈裝置。資料庫裝置在鏈下通訊連接安全協定裝置，且安全協定裝置儲存二元樹於資料庫裝置。安全協定裝置可比對區塊鏈裝置上的根雜湊值與資料庫裝置儲存的二元樹的根雜湊值，以驗證資料庫裝置儲存的二元樹的正確性。

Description

適用於區塊鏈與鏈下間協作的驗證系統與方法
本發明是關於一種驗證系統，且特別是關於一種適用於區塊鏈與鏈下間協作的驗證系統與方法。
在現有技術中，區塊鏈（blockchain）採取分散式架構來達到去中心化的目的，全世界的終端電腦可藉由區塊鏈而產生連接，任一終端電腦所傳送到區塊鏈上的資料，可透過特定的運算方式而分佈在區塊鏈上的其他終端電腦中。由於這些資料是存在於區塊鏈上的大量終端電腦中，因此資料的正確性可透過區塊鏈的大量終端電腦互相驗證，這使得區塊鏈資料難以被變造或竄改。
在傳統的終端電腦對中心伺服器的架構中，當一台終端電腦要將資料上傳到伺服器或是由伺服器下載資料，此作業只牽涉到終端電腦、中心伺服器與兩者間的網路伺服器等有限裝置的運作，以時下的網路速度與電腦計算能力來說，此作業可以執行得極為快速。但在區塊鏈的架構中，當一台終端電腦要將資料上傳到區塊鏈或是由區塊鏈下載資料時，基於區塊鏈的特性，此作業會牽涉到區塊鏈上其他大量的終端電腦（如礦工）的驗證程序，從而導致龐大的網路傳輸需求及運算量，因此相對耗時，且運算成本（如礦工費用）居高不下。
相對於原有的公有區塊鏈（public blockchain）而言，現在還有一種私有區塊鏈（private blockchain），私有區塊鏈是由數量相對較少的終端電腦所組成，藉此可降低網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本。例如，一個銀行集團可為集團內部或其客戶創建此銀行所屬的私有區塊鏈。不過，較少數量的終端電腦與可私人創建的特性，意味私有區塊鏈的可信任度（不可否認性）不如公有區塊鏈，且私有區塊鏈的適用範圍也相對較窄。
一般來說，區塊鏈是採用二元樹（binary tree）或稱模克樹（Merkle tree）的樹狀資料結構，所有資料會經過雜湊運算而產生雜湊值（hash value）。所述二元樹包括頂層的樹根（root）與底層的多個葉節點（leaf node），每一筆資料的雜湊值會被儲存在葉節點，而所有葉節點的雜湊值會經過逐層運算而最終產生位於樹根的根雜湊值（root hash）。所有的二元樹會儲存在區塊鏈上的各個終端電腦中，若要驗證某一二元樹的某一筆資料的正確性，可藉由比對此二元樹在各終端電腦上的根雜湊值，來驗證此二元樹與其資料的正確性。
基於現有區塊鏈，雖可在一定運算量下驗證某一資料是存在於某一二元樹的某一葉節點，例如，可由此葉節點與對應的另一葉節點為一組，逐層進行雜湊運算，直到推算出根雜湊值，若此根雜湊值正確，則表示此資料確實存在；然而，若要驗證某資料不存在則很困難，必須要取得完整的二元樹，包括根雜湊值與所有葉節點的雜湊值，並進行完整運算，才能驗證某資料不存在於此二元樹的任一葉節點中。其所耗費的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本甚鉅。
有鑑於此，本發明提出一種適用於區塊鏈與鏈下間協作的驗證系統與方法，其目的是在維持資料的可信任度（不可否認性）的前提下，降低系統整體的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本。
本發明一實施例提出一種驗證系統，其適用於與區塊鏈協作並用以在鏈下通訊連接多個終端裝置，各終端裝置產生至少一紀錄資料。所述驗證系統包括安全協定裝置、區塊鏈裝置與資料庫裝置。安全協定裝置接收該些紀錄資料並根據雜湊函數整合該些紀錄資料為至少一二元樹。所述二元樹包括樹根與多個葉節點，樹根儲存有根雜湊值，且各紀錄資料的雜湊值分別儲存於各葉節點。區塊鏈裝置位於區塊鏈且通訊連接安全協定裝置，安全協定裝置傳送所述二元樹的根雜湊值至區塊鏈裝置。資料庫裝置在鏈下通訊連接安全協定裝置，且安全協定裝置儲存所述二元樹於資料庫裝置。其中，當安全協定裝置接收一驗證要求，安全協定裝置比對區塊鏈裝置上的根雜湊值與資料庫裝置儲存的二元樹的根雜湊值，以驗證資料庫裝置儲存的二元樹的正確性。
本發明一實施例提出一種驗證方法，其適用於與區塊鏈協作。所述驗證方法包括：在鏈下自多個終端裝置接收多個紀錄資料；根據雜湊函數整合該些紀錄資料為至少一二元樹，其中，所述二元樹包括樹根與多個葉節點，樹根儲存有根雜湊值，且各紀錄資料的雜湊值分別儲存於各葉節點；傳送所述二元樹的根雜湊值至區塊鏈；在鏈下儲存二元樹；以及，當接收一驗證要求，比對區塊鏈上的根雜湊值與在鏈下儲存的二元樹的根雜湊值，以驗證在鏈下儲存的二元樹的正確性。
綜上所述，根據本發明實施例的驗證系統與方法，在維持資料的可信任度（不可否認性）的前提下，可將大部分資料設置於鏈下資料庫裝置中，並透過安全協定裝置比對鏈下資料庫的二元樹的根雜湊值與區塊鏈的對應根雜湊值，來驗證二元樹的正確性，藉此將主要運算轉為在鏈下執行，大幅減少區塊鏈的負荷，從而降低系統整體的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟悉相關技術者暸解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技術者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。
請參照圖1，圖1為本發明一實施例的驗證系統10的方塊示意圖。在本實施例中，驗證系統10適用於與區塊鏈BC協作，區塊鏈BC可包括公有區塊鏈、私有區塊鏈或其組合。驗證系統10用以在鏈下（off chain）OC，亦即透過鏈下通道（off-chain channel），通訊連接多個終端裝置400，並在區塊鏈BC與鏈下OC間進行協作，且各終端裝置400可產生至少一筆紀錄資料RD。所述鏈下OC是指獨立於區塊鏈BC之外的路徑，所述在鏈下OC通訊連接是指在獨立於區塊鏈BC之外的路徑具有通訊連接關係，例如，兩裝置在鏈下OC通訊連接，意味這兩裝置之間可透過網路直接連接並互相傳送訊號而無涉於區塊鏈BC。終端裝置400例如是桌上型電腦、筆記型電腦或各種感測器，紀錄資料RD例如是桌上型電腦或筆記型電腦產生的檔案或交易資訊或是感測器所感測的數值資訊，但不限於此。
如圖1所示，在本實施例中，驗證系統10包括安全協定裝置100、資料庫裝置200與區塊鏈裝置300。安全協定裝置100是在鏈下OC通訊連接資料庫裝置200，且安全協定裝置100通訊連接位於區塊鏈BC上的區塊鏈裝置300。資料庫裝置200例如是獨立於區塊鏈BC之外的資料儲存伺服器，區塊鏈裝置300例如是連接區塊鏈BC的複數電腦的集合，但不限於此。在本實施例中，安全協定裝置100是兼具區塊鏈BC與鏈下OC的通訊能力的伺服器。舉例來說，安全協定裝置100是位於鏈下OC與區塊鏈BC之間的中介者，其可作為終端裝置400與資料庫裝置200以及區塊鏈裝置300之間的橋樑，容後詳述。
請再參照圖2，圖2所示為本發明一實施例的二元樹BT的示意圖。如圖1與圖2所示，在本實施例中，各終端裝置400產生紀錄資料RD後，各終端裝置400會在鏈下OC傳送紀錄資料RD至安全協定裝置100。安全協定裝置100在鏈下OC接收各終端裝置400的該些紀錄資料RD之後，安全協定裝置100會根據雜湊函數整合該些紀錄資料RD為至少一二元樹BT。
如圖2所示，在本實施例中，二元樹BT包括樹根R、多個中間節點MN與多個葉節點LN，以二元樹BT的樹狀資料結構來看，樹根R位於頂層、葉節點LN位於底層、而中間節點MN分佈於頂層與底層之間的一或多層。每兩個相鄰的葉節點LN在往上一層會合而為一個中間節點MN，每一層中的每兩個相鄰的中間節點MN在更往上一層又會合而為一個中間節點MN，而位於最上層的兩個中間節點MN會合而為樹根R。每一葉節點LN分別儲存各紀錄資料RD的雜湊值RDH，而每一中間節點MN的雜湊值與樹根R中的根雜湊值RH則關聯於各紀錄資料RD的雜湊值RDH。
舉例來說，安全協定裝置100可採用SHA-256的雜湊函數將各筆紀錄資料RD雜湊化而產生對應的雜湊值RDH，且安全協定裝置100會將各紀錄資料RD的雜湊值RDH分別儲存於各葉節點LN。並且，每一組兩個相鄰的葉節點LN中所儲存的兩筆雜湊值會被連接後再被雜湊化而儲存於上一層的中間節點MN，每一層中的每一組兩個相鄰的中間節點MN所儲存的兩筆雜湊值也會被連接後再被雜湊化而儲存於更上一層的中間節點MN，以此類推。在本實施例中，所述兩筆雜湊值被連接後再被雜湊化的實現方式，可以是將此兩筆雜湊值先連接為一串編碼後再對此串編碼進行雜湊化，但不限於此。舉例來說，第一筆雜湊值是「xxx」，第二筆雜湊值是「ooo」，此兩筆雜湊值會先被連接為「xxxooo」的一串編碼，而此串編碼「xxxooo」會再被雜湊化而產生雜湊值。最後，位於最上層的兩個中間節點MN所儲存的兩筆雜湊值會被連接後再被雜湊化而產生根雜湊值RH。換言之，二元樹BT包括儲存於各葉節點LN中的紀錄資料RD的雜湊值RDH與儲存於樹根R的根雜湊值RH，並且，紀錄資料RD是不可竄改的，這是因為只要二元樹BT中任一筆紀錄資料RD遭到竄改，此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH會產生變化，而只要任一葉節點LN的紀錄資料RD的雜湊值RDH產生變化，則二元樹BT的根雜湊值RH也會對應變化。藉由判斷根雜湊值RH是否產生變化，即可驗證此二元樹BT對應的紀錄資料RD的正確性。在不同的實施例中，單一個葉節點LN亦可儲存兩筆以上的紀錄資料RD的雜湊值RDH，在此情況下，此葉節點LN中所儲存的雜湊值RDH為兩筆以上的紀錄資料RD的雜湊值RDH被連接後再被雜湊化後之值。
如圖1與圖2所示，在本實施例中，安全協定裝置100包括二元樹處理單元110與驗證單元120。二元樹處理單元110與驗證單元120例如但不限於是軟體/硬體所構成的功能模組，以分別執行特定功能，且二元樹處理單元110與驗證單元120可以是各自獨立的模組或整合為一體的模組。
在本實施例中，安全協定裝置100的二元樹處理單元110會自動將所接收的該些紀錄資料RD進行雜湊化並整合產生二元樹BT。安全協定裝置100會傳送二元樹BT的根雜湊值RH至區塊鏈裝置300，亦即這些根雜湊值RH將會被儲存到區塊鏈BC上。此外，安全協定裝置100會將二元樹BT儲存於資料庫裝置200中，亦即完整的二元樹BT是儲存在鏈下OC，而不會儲存於區塊鏈BC上。在其他實施例中，完整的二元樹BT亦可同時儲存於資料庫裝置200並傳送至區塊鏈裝置300。
在本實施例中，安全協定裝置100的驗證單元120會驗證資料庫裝置200所儲存的二元樹BT的正確性。當安全協定裝置100接收一驗證要求，且此驗證要求是針對某一筆紀錄資料RD的正確性進行驗證，此時驗證單元120會自動比對區塊鏈裝置300上的對應於此紀錄資料RD的二元樹BT的根雜湊值RH與資料庫裝置200儲存的對應於此紀錄資料RD的二元樹BT的根雜湊值RH，以驗證資料庫裝置200儲存的二元樹BT的正確性。若區塊鏈裝置300上的根雜湊值RH與資料庫裝置200儲存的二元樹BT的根雜湊值RH經比對是一致的，則基於區塊鏈BC的特性，代表資料庫裝置200所儲存的此筆紀錄資料RD的二元樹BT正確無誤。
由於完整的二元樹BT是位於鏈下OC的資料庫裝置200中，因此紀錄資料RD的雜湊值RDH的存取與運算主要是在鏈下OC進行，可節省傳統上在區塊鏈BC進行此項作業的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本。並且，資料庫裝置200中的二元樹BT的根雜湊值RH可經由與區塊鏈裝置300上的對應根雜湊值RH比對而得到驗證，鏈下OC的資料庫裝置200的資料正確性也得以確保。
請參照圖3，圖3為本發明另一實施例的驗證系統10a的方塊示意圖。圖1與圖3的驗證系統10、10a相同或相似的元件、連接關係與功能不再贅述，以下主要針對圖3的驗證系統10a不同於圖1的驗證系統10之處加以說明。在本實施例中，驗證系統10a包括安全協定裝置100、資料庫裝置200、區塊鏈裝置300與多個終端裝置400，安全協定裝置100通訊連接位於區塊鏈BC的區塊鏈裝置300並在鏈下OC通訊連接資料庫裝置200與各終端裝置400，且各終端裝置400還通訊連接區塊鏈裝置300。安全協定裝置100包括二元樹處理單元110、驗證單元120、識別編號單元130、定位搜尋單元140與切片單元150，其中二元樹處理單元110、驗證單元120、識別編號單元130、定位搜尋單元140與切片單元150例如但不限於是軟體/硬體所構成的功能模組，以分別執行特定功能，且二元樹處理單元110、驗證單元120、識別編號單元130、定位搜尋單元140與切片單元150可以是各自獨立的模組或整合為一體的模組。
如圖3所示，在本實施例中，區塊鏈裝置300包括至少一個智能合約（smart contract）310，安全協定裝置100傳送至區塊鏈裝置300的根雜湊值RH會儲存在對應的智能合約310中。在不同實施例中，區塊鏈裝置300亦可包括不同於智能合約的程式架構或介面，而根雜湊值RH可對應於不同的程式架構或介面而儲存在區塊鏈裝置300中。
如圖3所示，在本實施例中，各終端裝置400包括紀錄資料產生單元410、識別資料產生單元420與切片驗證單元430。紀錄資料產生單元410、識別資料產生單元420與切片驗證單元430例如但不限於是軟體/硬體所構成的功能模組，以分別執行特定功能，且紀錄資料產生單元410、識別資料產生單元420與切片驗證單元430可以是各自獨立的模組或整合為一體的模組。紀錄資料產生單元410用以產生前述的紀錄資料RD，並且，當各終端裝置400的紀錄資料產生單元410產生紀錄資料RD時，各終端裝置400的識別資料產生單元420還會產生分別對應於各紀錄資料RD的多個識別資料ID，使得各紀錄資料RD會具有對應的識別資料ID。終端裝置400會將紀錄資料RD與對應的識別資料ID同時傳送給安全協定裝置100。在一些實施例中，終端裝置400可將紀錄資料RD與對應的識別資料ID整合為同一筆整合資料並傳送此筆整合資料至安全協定裝置100。在一些實施例中，識別資料ID為明碼。
如圖3所示，在本實施例中，安全協定裝置100會接收該些紀錄資料RD與該些對應的識別資料ID，且安全協定裝置100根據各識別資料ID儲存各紀錄資料RD的雜湊值RDH至對應的各葉節點LN。舉例來說，當安全協定裝置100接收該些識別資料ID之後，安全協定裝置100的識別編號單元130會根據各識別資料ID產生分別對應於各葉節點LN的多個識別編號IN，且安全協定裝置100會根據各識別編號IN儲存各紀錄資料RD的雜湊值RDH至對應的各葉節點LN。在此情況下，每個識別編號IN在任一二元樹BT中是唯一的，且各識別編號IN會分別對應二元樹BT中的各葉節點LN。因此，各紀錄資料RD的雜湊值RDH可藉由對應的識別編號IN而被定位於各葉節點LN，容後詳述。
在本實施例中，安全協定裝置100的識別編號單元130會自各識別資料ID的雜湊值中取出多個預定位元以產生各識別編號IN。並且，所述預定位元的數量可關聯於對應的二元樹BT的高度值H。在二元樹BT具有高度值H的情況下，二元樹BT會具有2 (H-1)個葉節點LN。為使此二元樹BT的各葉節點LN具有對應且專屬唯一的識別編號IN，則該些預定位元是自各識別資料ID的雜湊值取出的至少H-1個位元，如此一來，這H-1個位元的排列組合將可滿足葉節點LN的數量，使得對應於葉節點LN的識別編號IN不會重複而具有唯一性。在本實施例中，這H-1個位元例如但不限於是識別資料ID的雜湊值中的前H-1個位元。在其他實施例中，所述H-1個位元可以是取自識別資料ID的雜湊值中的後H-1個位元或任意位置的H-1個位元。
舉例來說，圖2的二元樹BT的高度值H為5，且此二元樹BT具有2 (5-1)個葉節點LN，亦即二元樹BT具有16個葉節點LN。假設對應於某一紀錄資料RD的識別資料ID為「E1534391」，則識別編號單元130會將此識別資料ID以SHA-256的雜湊函數進行雜湊化，而產生雜湊值「dbb9ed8b677468b4834d2f634a77ea1e6663431bf1ee7523041467ff8023fa64」，接著識別編號單元130會取出此雜湊值轉換為二進位後的位元數列的前4個位元「1101」，並轉換1101為十進位值「13」，從而產生識別編號IN為「13」。識別編號單元130可將此二元樹BT的所有16個葉節點LN依序設定為編號1至16的葉節點LN，而識別編號IN為13的紀錄資料RD的雜湊值RDH則儲存於編號13的葉節點LN中。在一些實施例中，不同的識別資料ID可能產生相同的識別編號IN，或者不同的紀錄資料RD可能具有相同的識別資料ID而產生相同的識別編號IN，在此情況下，多筆紀錄資料RD的雜湊值RDH可對應於相同的識別編號IN而儲存於相同的葉節點LN中。在一些實施例中，二元樹BT的每一葉節點LN可儲存兩筆以上的紀錄資料RD的雜湊值RDH，且對應於某一葉節點LN的兩筆以上的紀錄資料RD的雜湊值RDH會被連接後再被雜湊化而產生雜湊值，此對應於兩筆以上的紀錄資料RD的雜湊值會儲存於此葉節點LN中。
如圖3所示，在本實施例中，安全協定裝置100的定位搜尋單元140可藉由識別編號IN而能定位紀錄資料RD的雜湊值RDH。當使用者需要尋找或驗證資料庫裝置200中的對應於某一二元樹BT中的某一筆紀錄資料RD的雜湊值RDH時，使用者可透過安全協定裝置100進行上述作業。此時，安全協定裝置100的定位搜尋單元140會透過識別編號IN以定位此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH的位置（即所儲存的葉節點LN），並直接由對應於此識別編號IN的二元樹BT的葉節點LN中取出此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH，達到可快速定位與搜尋資料的目的。並且，若要驗證某筆紀錄資料RD不存在，亦可藉由識別編號IN來完成，安全協定裝置100無須取得完整的二元樹BT中的所有雜湊值，安全協定裝置100的定位搜尋單元140可透過對應於此筆紀錄資料RD的識別編號IN以定位此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH的位置，即對應的葉節點LN，並可直接確認此紀錄資料RD的雜湊值RDH是否存在於此葉節點LN中。若此葉節點LN沒有此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH，即可驗證此筆紀錄資料RD不存在。如此一來，整個驗證作業所耗費的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本可大幅降低。
如前所述，在一些實施例中，不同的紀錄資料RD的識別資料ID可能產生相同的識別編號IN，在此情況下，某一筆紀錄資料RD的雜湊值RDH可能被定位至兩個以上的葉節點LN，若需要驗證此筆紀錄資料RD，安全協定裝置100可由資料庫裝置200取得此兩個以上的葉節點LN中的雜湊值RDH並進行驗證。在本實施例中，重複的識別編號IN的機率相對低，即使某一筆紀錄資料RD的雜湊值RDH被定位至兩個以上的葉節點LN，這些被定位的葉節點LN的數量仍是小於或遠小於所有葉節點LN的數量，整個驗證作業所耗費的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本仍可大幅降低。
如圖3所示，在本實施例中，終端裝置400更包括識別編號單元440，終端裝置400的識別編號單元440與安全協定裝置100的識別編號單元130具有相同的功能，識別編號單元440亦可根據紀錄資料RD的識別資料ID而產生識別編號IN，且終端裝置400可透過識別編號單元440驗證安全協定裝置100是否從正確的葉節點LN取得資料。舉例來說，若終端裝置400需要驗證某一紀錄資料RD，且此紀錄資料RD的識別資料ID為「E1534391」（請參照前述例子），當終端裝置400傳送此驗證要求至安全協定裝置100，安全協定裝置100的定位搜尋單元140可透過對應於此筆紀錄資料RD的識別編號IN以定位此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH的位置，並找出其是位於資料庫裝置200中的二元樹BT的編號13的葉節點LN中，且回傳編號13的葉節點LN中的雜湊值RDH至終端裝置400，以讓終端裝置400進行驗證。終端裝置400的識別編號單元440同樣可根據此紀錄資料RD的識別資料ID為「E1534391」而產生識別編號IN，並根據識別編號IN可推算此紀錄資料RD的雜湊值RDH應是儲存於編號13的葉節點LN中，藉此，終端裝置400可確認安全協定裝置100所回傳的紀錄資料RD的雜湊值RDH是否來自於正確的位置（即編號13的葉節點LN）。
請再參照圖4，圖4為本發明一實施例的二元樹BT的切片BTS的示意圖。如圖3與圖4所示，在本實施例中，當安全協定裝置100傳送二元樹BT的根雜湊值RH至區塊鏈裝置300時，安全協定裝置100的切片單元150會自動切割二元樹BT為多個切片（slice）BTS且回傳各切片BTS至對應的各終端裝置400，而各終端裝置400的切片驗證單元430會驗證所接收的各切片BTS的正確性。如圖2與圖4所示，在本實施例中，每一切片BTS為二元樹BT的樹根R、對應的兩個葉節點LN與必要的中間節點MN所組成的模克證明（Merkle proof）。此組葉節點LN中儲存的紀錄資料RD的雜湊值RDH，可經由前述的運算過程，而得到位於樹根R的根雜湊值RH，而切片BTS的根雜湊值RH應與完整二元樹BT的根雜湊值RH一致。舉例來說，某一終端裝置400將某一筆紀錄資料RD與識別資料ID傳送至安全協定裝置100後，安全協定裝置100會將此紀錄資料RD的雜湊值RDH儲存至某一二元樹BT的某一葉節點LN中且會回傳此葉節點LN所對應的切片BTS至此終端裝置400，而此終端裝置400會比對此切片BTS的葉節點LN中的此筆紀錄資料RD的雜湊值RDH與此終端裝置400所產生的原始紀錄資料RD的原始雜湊值RDH是否一致，若一致則表示驗證正確，若不一致則表示驗證不正確。若驗證不正確，對應的終端裝置400可傳送一抗議訊息至區塊鏈裝置300，以進行後續資料修正或無效等程序。
在本實施例中，各終端裝置400包括區塊鏈晶片，所述區塊鏈晶片例如但不限於是可自動在區塊鏈BC與驗證系統10、10a之間互相傳送訊號的積體電路（IC）。藉由區塊鏈晶片，終端裝置400可設計得更加輕薄短小，且終端裝置400可更容易設置於任何物件上或整合至任何電子裝置中。舉例來說，終端裝置400可設置或整合至電池（如電動或油電混合的公車或汽車用的大電池組）、電錶、汽車大燈、汽車本體（如透過5G聯網的汽車的行車電腦）或畫框，且終端裝置400會自動且持續上傳各物件的紀錄資料RD，這些紀錄資料RD例如但不限於是電池、電錶或汽車大燈的每時或每日（依據上傳預定間隔而定）歷史使用狀況，或汽車本體各感測器資訊（如引擎、里程表、啟動次數…等）的每時或每日的歷史感測資料，或畫框上的感測器所感測的每時或每日的濕溼度變化歷史感測資料與畫者原始資料等，而安全協定裝置100可將這些紀錄資料RD的雜湊值RDH儲存至鏈下OC的資料庫裝置200，並將根雜湊值RH上傳至區塊鏈裝置300。
基於驗證系統10、10a，除了可藉由鏈下OC的資料庫裝置200來達到各種資料的快速定位與搜尋之外，也可藉由區塊鏈BC的驗證來達到資料的不可否認性。且基於終端裝置400的搭配應用，物件的狀況可獲得保證，而物件的價值也得以提高。例如原本長程車用的中古大電池組在使用一定程度後可轉給短程車用，而短程車用的中古大電池組在使用一定程度後又可轉給諸如漁塭等場所作為備用發電電池。而這之間每一次轉換都可經過諸如中古買賣平台進行交易，而每次交易都可藉由驗證系統10、10a來驗證物件的狀況，從而提高物件品質的信賴度與物件價值。
請參照圖5，圖5為本發明一實施例的驗證方法的流程圖。在本實施例中，驗證方法可透過圖1所示的驗證系統10實現，但不限於此。驗證方法適用於與區塊鏈BC協作。在步驟S101中，安全協定裝置100會在鏈下OC自多個終端裝置400接收多個紀錄資料RD。在步驟S103中，安全協定裝置100會根據雜湊函數整合該些紀錄資料RD為至少一二元樹BT，且各紀錄資料RD的雜湊值RDH分別儲存於二元樹BT的各葉節點LN。在步驟S105中，安全協定裝置100會傳送二元樹BT的根雜湊值RH至區塊鏈BC，且區塊鏈裝置300會儲存這些根雜湊值RH。在步驟S107中，安全協定裝置100會在鏈下OC儲存二元樹BT，即安全協定裝置100會將完整的二元樹BT會儲存於鏈下OC的資料庫裝置200。在步驟S109中，當安全協定裝置100接收一驗證要求，安全協定裝置100會比對位於區塊鏈BC上的區塊鏈裝置300中的根雜湊值RH與在鏈下OC的資料庫裝置200中儲存的二元樹BT的根雜湊值RH，以驗證在鏈下OC儲存的二元樹BT的正確性。
請參照圖6，圖6為本發明另一實施例的驗證方法的流程圖。在本實施例中，驗證方法可透過圖3所示的驗證系統10a實現，但不限於此。在步驟S201中，安全協定裝置100會在鏈下OC自多個終端裝置400接收多個紀錄資料RD與多個識別資料ID，各識別資料ID是分別對應於各紀錄資料RD。在步驟S203中，當安全協定裝置100接收該些識別資料ID之後，安全協定裝置100會根據各識別資料ID產生分別對應於各葉節點LN的多個識別編號IN，二元樹BT的每一葉節點LN會對應於專屬的識別編號IN。舉例來說，安全協定是自各識別資料ID的雜湊值中取出多個預定位元以產生各識別編號IN，並且，若二元樹BT具有一高度值H，該些預定位元為各識別資料ID的雜湊值的前H-1個位元。在步驟S205中，安全協定裝置100會根據雜湊函數整合該些紀錄資料RD為至少一二元樹BT。在步驟S207中，安全協定裝置100會根據各識別編號IN，儲存各紀錄資料RD的雜湊值RDH至對應的各葉節點LN。在步驟S209中，安全協定裝置100會傳送二元樹BT的根雜湊值RH至區塊鏈BC，且區塊鏈裝置300會儲存這些根雜湊值RH。在步驟S211中，安全協定裝置100會將二元樹BT切割為多個切片BTS。在步驟S213中，安全協定裝置100會在鏈下OC回傳各切片BTS至對應的各終端裝置400。
接著，各終端裝置400會驗證所接收的各切片BTS的正確性。在步驟S215中，當切片BTS驗證為不正確，對應的終端裝置400傳送抗議訊息至區塊鏈BC。在步驟S217中，當切片BTS驗證為正確，終端裝置400無需傳送抗議訊息至區塊鏈BC。在步驟S219中，安全協定裝置100會在鏈下OC儲存二元樹BT，即安全協定裝置100會將完整的二元樹BT會儲存於資料庫裝置200。在步驟S221中，當安全協定裝置100接收一驗證要求，安全協定裝置100會比對位於區塊鏈BC上的區塊鏈裝置300中的根雜湊值RH與在鏈下OC的資料庫裝置200中儲存的二元樹BT的根雜湊值RH，以驗證在鏈下OC儲存的二元樹BT的正確性。在步驟S223中，當安全協定裝置100接收一搜尋要求，且此搜尋要求是針對某一紀錄資料RD，安全協定裝置100會根據對應此紀錄資料RD的識別編號IN而定位在鏈下OC儲存的二元樹BT的葉節點LN，以搜尋對應於此識別編號IN的葉節點LN並由此葉節點LN取得此紀錄資料RD的雜湊值RDH，或驗證此紀錄資料RD的雜湊值RDH不存在此葉節點LN中。
綜上所述，習知的區塊鏈架構是將資料全部傳送到區塊鏈上，再透過區塊鏈礦工對資料進行驗證，如此將耗費大量的區塊鏈運算資源。根據本發明實施例的驗證系統與方法，在維持資料的可信任度（不可否認性）的前提下，可將大部分資料設置於鏈下資料庫裝置中，並透過安全協定裝置比對鏈下資料庫的二元樹的根雜湊值與區塊鏈的對應根雜湊值，來驗證二元樹的正確性，藉此將主要運算轉為在鏈下執行，大幅減少區塊鏈的負荷。此外，安全協定裝置可根據識別編號定位紀錄資料，藉此可快速搜尋資料庫裝置中的紀錄資料的雜湊值所儲存的葉節點，並可快速驗證紀錄資料是否不存在。藉由本發明實施例的驗證系統與方法，可降低系統整體的網路傳輸需求、運算量、運算時間與運算成本。並且，具有區塊鏈晶片的終端裝置可設置或整合至各種物件中，在實際應用上更加簡單方便，且可提高物件品質的信賴度與物件價值。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、10a:驗證系統 100:安全協定裝置 110:二元樹處理單元 120:驗證單元 130:識別編號單元 140:定位搜尋單元 150:切片單元 200:資料庫裝置 300:區塊鏈裝置 310:智能合約 400:終端裝置 410:紀錄資料產生單元 420:識別資料產生單元 430:切片驗證單元 440:識別編號單元 BT:二元樹 BTS:二元樹的切片 H:高度值 ID:識別資料 IN:識別編號 LN:葉節點 MN:中間節點 OC:鏈下 BC:區塊鏈 R:樹根 RD:紀錄資料 RDH:紀錄資料的雜湊值 RH:根雜湊值 S101:在鏈下自多個終端裝置接收多個紀錄資料 S103:根據雜湊函數整合紀錄資料為二元樹 S105:傳送二元樹的根雜湊值至區塊鏈 S107:在鏈下儲存二元樹 S109:當接收驗證要求，比對區塊鏈上的根雜湊值與在鏈下儲存的二元樹的根雜湊值 S201:在鏈下自多個終端裝置接收多個紀錄資料與多個識別資料 S203:當接收識別資料之後，根據各識別資料產生分別對應於各葉節點的多個識別編號 S205:根據雜湊函數整合紀錄資料為二元樹 S207:根據各識別編號儲存各紀錄資料的雜湊值至對應的各葉節點 S209:傳送二元樹的根雜湊值至區塊鏈； S211:切割二元樹為多個切片 S213:在鏈下回傳各切片至對應的各終端裝置 S215:驗證不正確，對應的終端裝置傳送抗議訊息至區塊鏈 S217:驗證正確，終端裝置無需傳送抗議訊息至區塊鏈 S219:在鏈下儲存二元樹 S221:當接收驗證要求，比對區塊鏈上的根雜湊值與在鏈下儲存的二元樹的根雜湊值 S223:當接收搜尋要求，根據識別編號定位在鏈下儲存的二元樹的葉節點
圖1所示為本發明一實施例的驗證系統的方塊示意圖； 圖2所示為本發明一實施例的二元樹的示意圖； 圖3所示為本發明另一實施例的驗證系統的方塊示意圖； 圖4所示為本發明一實施例的二元樹的切片的示意圖； 圖5所示為本發明一實施例的驗證方法的流程圖；以及 圖6所示為本發明另一實施例的驗證方法的流程圖。
10a:驗證系統
100:安全協定裝置
110:二元樹處理單元
120:驗證單元
130:識別編號單元
140:定位搜尋單元
150:切片單元
200:資料庫裝置
300:區塊鏈裝置
310:智能合約
400:終端裝置
410:紀錄資料產生單元
420:識別資料產生單元
430:切片驗證單元
440:識別編號單元
BT:二元樹
BTS:二元樹的切片
ID:識別資料
OC:鏈下
BC:區塊鏈
RD:紀錄資料
RDH:紀錄資料的雜湊值
RH:根雜湊值

Claims (21)

  1. 一種安全協定裝置，包括：一二元樹處理單元，用以：從多個終端裝置接收多個紀錄資料；根據雜湊函數整合該些紀錄資料為至少一二元樹，該二元樹包括一樹根與多個葉節點，該樹根儲存有一根雜湊值，且各該紀錄資料的雜湊值分別儲存於各該葉節點；儲存該二元樹於一資料庫裝置；以及傳送該二元樹的該根雜湊值至一區塊鏈裝置；其中該區塊鏈裝置位於一區塊鏈，該安全協定裝置在鏈下通訊連接該些終端裝置以及該資料庫裝置；以及一驗證單元，用以接收一驗證要求，比對該區塊鏈裝置上的該根雜湊值與該資料庫裝置儲存的該二元樹的該根雜湊值，以驗證該資料庫裝置儲存的該二元樹的正確性。
  2. 如請求項1所述之安全協定裝置，其中，該二元樹處理單元用以接收對應該些紀錄資料的多個識別資料，並根據各該識別資料儲存各該紀錄資料的雜湊值至對應的各該葉節點。
  3. 如請求項2所述之安全協定裝置，更包括一識別編號單元，其中，當該二元樹處理單元接收該些識別資料之後，該識別編號單元根據各該識別資料產生分別對應於各該葉節點的多個識別編號，且該二元樹處理單元根據各該識別編號儲存各該紀錄資料的雜湊值至對應的各該葉節點。
  4. 如請求項3所述之安全協定裝置，其中，該識別編號單元自各該識別資料的雜湊值中取出多個預定位元以產生各該識別編號。
  5. 如請求項4所述之安全協定裝置，其中，若該二元樹具有一高度值H，該些預定位元為各該識別資料的雜湊值的前H-1個位元。
  6. 如請求項2所述之安全協定裝置，其中，該識別資料為明碼。
  7. 如請求項1所述之安全協定裝置，其中，當該二元樹處理單元傳送該二元樹的該根雜湊值至該區塊鏈裝置時，該二元樹處理單元切割該二元樹為多個切片且回傳各該切片至對應的各該終端裝置。
  8. 一種驗證方法，適用於一區塊鏈與鏈下間協作，該驗證方法包括：在鏈下自多個終端裝置接收多個紀錄資料；根據雜湊函數整合該些紀錄資料為至少一二元樹，其中，該二元樹包括一樹根與多個葉節點，該樹根儲存有一根雜湊值，且各該紀錄資料的雜湊值分別儲存於各該葉節點；傳送該二元樹的該根雜湊值至該區塊鏈；在鏈下儲存該二元樹；以及當接收一驗證要求，比對該區塊鏈上的該根雜湊值與在鏈下儲存的該二元樹的該根雜湊值，以驗證在鏈下儲存的該二元樹的正確性。
  9. 如請求項8所述之驗證方法，更包括：在鏈下接收多個識別資料，其中，各該識別資料分別對應於各該紀錄資料；以及 根據各該識別資料儲存各該紀錄資料的雜湊值至對應的各該葉節點。
  10. 如請求項9所述之驗證方法，更包括：當接收該些識別資料之後，根據各該識別資料產生分別對應於各該葉節點的多個識別編號，且根據各該識別編號儲存各該紀錄資料的雜湊值至對應的各該葉節點。
  11. 如請求項10所述之驗證方法，其中，根據各該識別資料產生分別對應於各該葉節點的各該識別編號的步驟包括：自各該識別資料的雜湊值中取出多個預定位元以產生各該識別編號。
  12. 如請求項11所述之驗證方法，其中，若該二元樹具有一高度值H，該些預定位元為各該識別資料的雜湊值的前H-1個位元。
  13. 如請求項9所述之驗證方法，其中，該識別資料為明碼。
  14. 如請求項8所述之驗證方法，其中，傳送該二元樹的該根雜湊值至該區塊鏈的步驟包括：切割該二元樹為多個切片；以及在鏈下回傳各該切片至對應的各該終端裝置。
  15. 一種終端裝置，包括：一紀錄資料產生單元，用以產生一紀錄資料，以及傳送該紀錄資料至一安全協定裝置，其中該安全協定裝置在鏈下通訊連接該終端裝置；一識別資料產生單元，用以產生對應於該紀錄資料的一識別資料，以及傳送該識別資料至該安全協定裝置；以及 一切片驗證單元，用以從該安全協定裝置接收一二元樹切片，並驗證該二元樹切片的正確性，其中該二元樹切片對應於該紀錄資料。
  16. 如請求項15所述之終端裝置，其中當該切片驗證單元驗證該二元樹切片不正確時，傳送一抗議訊息至一區塊鏈裝置。
  17. 如請求項15所述之終端裝置，其中該識別資料為明碼。
  18. 如請求項15所述之終端裝置，更包括一區塊鏈晶片。
  19. 一種終端裝置執行的方法，包括：產生一紀錄資料；產生對應於該紀錄資料的一識別資料；傳送該紀錄資料及該識別資料至一安全協定裝置，其中該安全協定裝置在鏈下通訊連接該終端裝置；從該安全協定裝置接收一二元樹切片，該二元樹切片對應於該紀錄資料；以及驗證該二元樹切片的正確性。
  20. 如請求項19所述之方法，更包括：當驗證該二元樹切片不正確時，傳送一抗議訊息至一區塊鏈裝置。
  21. 如請求項19所述之方法，其中該識別資料為明碼。
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