[發明專利]一種區塊鏈身份系統

有效

• 申請號: 201710121981.9
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106789047B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 陸揚
• 申請（專利權）人: 上海唯鏈信息科技有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L29/06;H04L29/08;H04L9/06
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 張愛民;李丹丹

1.一種區塊鏈身份系統，其特征在于，包含客戶端、云端，所述客戶端由射頻讀取模塊、計算平臺、觸摸屏模塊、通信模塊、智能身份卡組成，所述云端由區塊鏈多節點網絡組成，所述區塊鏈多節點網絡包括數據區塊鏈以及多節點網絡，所述多節點網絡負責與所述客戶端之間協調完成身份的生成過程以及身份認證過程，并且在其中調用所述數據區塊鏈；

所述計算平臺的內部包含觸摸屏控制器、通信控制器及微型計算芯片；

所述觸摸屏控制器用于控制所述觸摸屏模塊的顯示，將需要顯示的信息發送給所述觸摸屏模塊；

所述通信控制器以串口通信的方式調度所述射頻讀取模塊、所述觸摸屏模塊及所述通信模塊之間的交互通信；

所述微型計算芯片用于處理所述身份的生成過程以及所述身份認證過程中的信息；

所述智能身份卡內置集成電路的芯片，所述芯片存有用戶ID編號，每個所述智能身份卡的所述用戶ID編號都是惟一的，用于識別用戶身份，所述智能身份卡由專門的廠商通過專門的設備生產，是不可復制的硬件，所述智能身份卡由注冊過的合法用戶攜帶，認證時必須將所述智能身份卡經過所述射頻讀取模塊掃描讀入其中的所述用戶ID編號，以驗證用戶的身份；

所述觸摸屏模塊采用五線電阻屏，依靠壓力感應原理，用于顯示以及輸入在所述身份的生成過程以及所述身份認證過程中所需的信息；

所述通信模塊用于接收和發送相關信息，內含網絡傳輸過濾器及專用編碼芯片以實現所述計算平臺與所述云端之間的通信，并以數據幀的方式實現網絡數據的接收和發送，并且還要在接收和發送時避免背景噪聲及干擾，所述數據幀的編碼方式為相位編碼，并采取同步時鐘編碼技術，在傳輸數據信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸到對方；

在所述區塊鏈多節點網絡中，所述數據區塊鏈由一串按創建的時間順序相連的數據區塊組成，所述多節點網絡是由多個節點構成的P2P網絡，所述節點之間通過網絡共享信息及互相傳輸信息，所述數據區塊鏈對所述多節點網絡中所有所述節點都是開放的，所述數據區塊由區塊頭以及區塊主體組成，所述區塊頭包含前一數據區塊的哈希值、時間戳、當前數據區塊的哈希值，所述前一數據區塊的哈希值用于不同所述數據區塊的連接，所述時間戳記錄當前所述數據區塊連接的時間，當前所述數據區塊的哈希值用于確保所述數據區塊的內容不會被篡改，所述區塊主體記錄了用戶身份的賬戶信息，其中合法的所述用戶身份的賬戶信息為：用戶名、用戶身份信息、加密后的用戶口令、加密后的所述用戶ID編號、用戶公鑰；

每個所述節點包含偽隨機數生成器；

所述身份生成過程如下：

1)用戶在所述觸摸屏模塊上輸入所述用戶名、所述用戶身份信息、所述用戶口令，并將所述用戶名、所述用戶身份信息、所述用戶口令傳輸給所述多節點網絡，所述多節點網絡檢驗所述用戶名在所述數據區塊鏈中是否存在，如果所述用戶名不存在，進行下一步，如果所述用戶名存在，傳送反饋信息經由所述通信模塊傳送給所述計算平臺，所述計算平臺將所述反饋信息處理，在所述觸摸屏模塊上顯示“用戶存在，重新輸入”，用戶在所述觸摸屏模塊上重新輸入所述用戶名，所述多節點網絡重新檢驗用戶名在所述數據區塊鏈是否存在；

2)所述計算平臺驗證所述用戶口令是否符合要求，如果所述用戶口令符合要求，進行下一步，如果不符合要求傳輸給所述觸摸屏模塊，在所述觸摸屏模塊上顯示“用戶口令不符合要求，重新輸入”，用戶在所述觸摸屏模塊上重新輸入所述用戶口令；

3)所述多節點網絡產生隨機數S1，并且所述隨機數S1經過IDEA加密算法進行加密生成加密后的所述隨機數S1，將所述加密后的所述隨機數S1廣播給所述多節點網絡中所有所述節點，所有所述節點利用IDEA解密算法解密加密后的所述隨機數S1，最先解密出所述隨機數S1的節點作為負責構建數據區塊鏈的節點；

4)所述負責構建數據區塊鏈的節點分配給用戶一個用戶公鑰，并通過哈希算法將所述用戶身份信息生成唯一的身份標識，所述負責構建數據區塊鏈的節點將生成后的所述唯一的身份標識進行數字簽名生成唯一的所述用戶ID編號，將所述用戶ID編號寫入所述智能身份卡，由所述用戶公鑰進行加密生成所述加密后的所述用戶ID編號，把當前時間保存為所述當前數據區塊的時間戳，所述前一數據區塊的哈希值通過安全散列算法生成所述當前數據區塊的哈希值，并且生成所述加密后的用戶口令，所述生成所述加密后的用戶口令的具體過程為：使用所述負責構建數據區塊鏈的節點，利用其包含的所述偽隨機數生成器生成隨機數，所述隨機數作為用戶的鹽值，將所述用戶的鹽值混入所述用戶口令，并使用加密哈希函數進行加密，生成所述加密后的用戶口令；將所述用戶名、所述用戶身份信息、所述加密后的用戶口令、所述加密后的用戶ID編號、所述用戶公鑰組成所述用戶身份的賬戶信息，與所述用戶的鹽值一起寫入所述當前數據區塊的所述區塊主體中；

所述偽隨機數生成器的工作原理如下：

所述偽隨機數生成器基于數據加密標準，包含三重數據加密標準算法，可以循環地產生隨機數；i為自然數的變量；用于表示第i輪隨機數的產生計算，主要有3個組成部分:

1)輸入部分：所述輸入部分是兩個64比特的偽隨機數Date_i及V_i，其中，Date_i表示第i輪計算開始時的日期和時間，每產生一個隨機數Ri后，Date_i需要更新一次，V_i是產生第i個隨機數時需要輸入的種子，其初值可任意設定，以后每輪計算都會自動更新；

2)密鑰產生器：所述用于每輪的具體計算，每輪計算都使用了三重數據算法加密，每次加密使用兩個固定的56比特的密鑰K1和密鑰K2，這兩個密鑰必須保密，由所述偽隨機數生成器指定；

3)輸出部分:輸出為一個64比特的隨機數Ri和一個64比特的新種子V_i+1；

所述偽隨機數生成器具有很高的安全強度，因為其采用了總共112比特長的密鑰和3個密鑰加密的數據算法加密，同時還由于有兩個偽隨機數輸入驅動，所述兩個偽隨機數輸入一個是當前的日期和時間Date_i，另一個是上一輪產生的種子V_i，每輪都產生隨機數Ri，但是由于每輪種子不同，產生的隨機數都不相同，因此，為每個用戶產生的隨機數也不相同，所以無法通過上一輪產生的隨機數來推斷下一輪產生的隨機數；

所述身份認證過程如下：

第一步，所述客戶端向所述云端發出認證請求，將所述智能身份卡中所存的所述用戶ID編號經由所述射頻讀取模塊讀入，所述多節點網絡檢測其在所述數據區塊鏈中是否存在，如果存在再進行第二步，如果不存在結束所述身份認證過程；

第二步，初次認證，所述云端經由所述通信模塊反饋給所述計算平臺開始認證的信息，所述計算平臺處理所述開始認證的信息，所述開始認證的信息在所述觸屏模塊顯示提示用戶輸入所述用戶名以及所述用戶口令，用戶在所述觸摸屏模塊輸入后，初步驗證用戶，根據收到的輸入的所述用戶名，所述多節點網絡判斷其合法性，如果是合法用戶，再檢驗輸入的所述用戶口令是否正確，從所述區塊鏈多節點網絡中取出所述用戶的鹽值,將所述用戶的鹽值混入所述輸入的所述用戶口令，并且使用所述加密哈希函數進行加密,比較結果和對應數據區塊儲存的所述加密后的用戶口令是否相同，如果相同那么初步判斷所述輸入的所述用戶口令正確，進入第三步，如果不相同則判斷所述輸入的所述用戶口令不正確；

第三步，二次認證，所述計算平臺選取大素數p及整數a，并將這兩個數公開，即這兩個數對所述客戶端與所述多節點網絡都可見，所述多節點網絡選取隨機的大素數x，所述大素數x滿足x<p-1，計算a^xmod p，所述大素數x的值保密，只對所述多節點網絡可見；所述客戶端將所述用戶口令及所述用戶的鹽值級聯，計算散列值Z1，并生成隨機數S1，將計算后的散列值Z1與計算后的所述a^xmod p的值、所述隨機數S1級聯再進行一次散列運算得到散列值Z2，所述客戶端連同所述隨機數S1、計算后的所述a^xmod p的值和所述散列值Z2一起發送給所述多節點網絡；

第四步，所述多節點網絡取出存儲在所述數據區塊鏈的所述加密后的用戶口令；與收到的所述隨機數S1、計算后的所述a^xmod p的值級聯再進行散列運算得到散列值Z3，與所述散列值Z2進行比較，相等則繼續，否則判斷不一致，所述多節點網絡隨機選取大素數y，滿足y<q，計算a^ymod p，并將所述大素數y的值保密；所述多節點網絡將所述加密后的用戶口令、所述隨機數S1和計算后的所述a^ymod p的值再次級聯進行散列運算得到散列值Z4，并且將所述散列值Z4、計算后的所述a^ymod p的值發送給所述客戶端；

第五步，所述客戶端將在第三步得到的所述散列值Z1、將計算后的所述a^ymod p的值和所述隨機數S1級聯并進行散列運算，將計算結果和第四步收到的消息中的所述散列值Z4進行比較，相等則回送給所述云端一個認證成功的應答信號，否則返回認證失敗的消息；

經過以上五個步驟，所述云端與所述客戶端都成功地驗證了對方的身份；

所述區塊鏈身份系統采用的通信模式是一種開放系統結構的網絡方式，由所述客戶端首先向所述云端提出請求，所述云端對所述請求做相應的處理并執行所述請求中包含的任務，然后將結果返回給所述客戶端。