CN111639935A - 适用于可编辑区块链的账本修改方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种完全去中心化、高兼容性的区块链账本修改方法，该方法主要为：对变色龙哈希算法进行改进，改进后的算法允许多个节点共同生成变色龙哈希公私钥；利用改进后的变色龙哈希算法，对区块链原本的哈希函数进行替换，从而在不影响对应高度区块链账本的前后向区块的完整性验证的情况下，实现了交易修改与删除功能；完善在一些特殊情况下可编辑区块链***的可用性和问责性。本发明的修改方案具有较好的区块压缩率、较快的区块修改速度与较高的安全性等优点，可兼容市面上已存在的绝大多数区块链***。

Description

适用于可编辑区块链的账本修改方法
技术领域
本发明属于网络空间安全技术领域，具体为一种适用于可编辑区块链的账本修改方法。
背景技术
近些年来，区块链已经成为全球互联网金融最火热的概念，不仅如此，它还不断的被应用到新的领域之中。区块链具有去中心化、去信任、开放性、自治性、匿名性、信息不可篡改等特性，它的出现使不完全可信环境中的可信数据管理成为了可能。其不可篡改的特性是指，区块链上的历史数据一旦确认就不能被更改。一方面，这种特性保证了区块链历史数据的完整性和可靠性，但另一方面，这种特性也将阻碍区块链对有问题的历史记录进行修改。
传统的区块链没有数据压缩操作，因此，随着区块链***不停的运转，区块数据只增不减，想要存储所有的区块数据需要极大的存储空间，而普通节点的存储能力有限，难以存储完整的区块数据。在实际应用中，某些区块由于时间、政策等原因，区块中存储的数据常出现失效或过期的情况，对于区块链和绝大多数用户来说，这些数据已经没有价值却又占用大量的空间。如果在权限节点们的同意下，删除这些过期、无效数据，从而达到压缩区块大小，释放节点的存储空间，降低存储代价的目的，具重大的应用价值。
同时，传统的区块链也没有数据修改操作，当出现区块中存在违法违规信息，区块数据需要被删除、相关政策变化后，区块数据需要被更新、区块链应用平台中出现程序漏洞，错误的区块数据需要被修改等情况时，传统的区块链无法提供相关操作，对区块链健康发展造成了极大阻碍，因此需要一种可编辑的区块链架构解决这些问题，而其中最核心的是适用于区块链的账本修改方案。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于可编辑区块链的账本修改方法，以克服现有技术中区块链账本修改操作的低兼容性、不完全中心化、无法删除、修改指定交易等问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于可编辑区块链的账本修改方法，包括：
可编辑区块链初始化：区块链初始化，执行改进后的变色龙哈希算法的初始化子算法，生成相关参数并存入创世块中；
权限节点加入：一个新节点向区块链提出入链并成为权限节点的请求，并将一笔保证金存放在指定的智能合约内，在得到区块链中半数以上的权限节点的同意后，该节点方可连入区块链并成为权限节点；
交易发布：需要发布交易的节点生成交易请求，并将该请求广播到区块链网络中；
变色龙哈希子公私钥生成与子公钥广播：在交易打包前，需要每个权限节点根据密钥生成粒度，在本地独立调用改进后的变色龙哈希算法的密钥生成子算法生成变色龙哈希子公私钥，并将自己的子私钥存入本地，将自己的子公钥广播给其他节点；所有权限节点在收到其他权限节点的子公钥后，将子公钥存入本地；
交易打包：由区块链***在所有权限节点中挑选一个记账者，记账者利用之前获得的变色龙哈希***公钥调用改进后的变色龙哈希算法的哈希计算子算法对交易内容进行哈希，得到交易哈希值，并将交易内容、交易哈希、随机数与其他区块信息一同写入区块中；
交易查询：节点在输入约束条件后，***遍历所有区块内的交易，返回符合约束条件的交易的相关信息；
交易修改：当某笔交易内容需要被修改时，由一个权限节点发出交易修改提案；其他权限节点对提案的正确性与合法性进行考量，如果同意修改，则将自己关于这笔交易的变色龙哈希子私钥发送给提案节点；提案节点在获得所有节点的变色龙哈希子私钥后，可以还原出***私钥，从而调用改进后的变色龙哈希算法的随机数锻造子算法找到碰撞，修改交易内容；
权限节点退出：想要退出的权限节点广播其所有变色龙哈希子私钥与退出请求给其他权限节点，其他权限节点收到请求与子私钥后进行验证，若验证成功，则将子私钥存入本地，并广播同意退出的消息，当同意该权限节点退出的其他权限节点超过一个阀值后，该权限节点才可从之前存放保证金的智能合约中取出其保证金，从而合法的退出区块链。
进一步的，交易查询过程中，约束条件包括区块号、交易号、交易金额、交易发起方、交易接收方。
进一步的，所述改进后的变色龙哈希算法，可人为的设下一个“陷门”或者“***私钥”，拥有***私钥的节点可找到碰撞；相对于变色龙哈希算法，其允许多个节点共同生成变色龙哈希***公私钥对；每个节点在本地调用密钥生成子算法，独立生成变色龙哈希子公私钥，任何不知道所有变色龙哈希子私钥的节点，都无法找到碰撞；改进后的变色龙哈希***公钥为所有节点子公钥之积，改进后的变色龙哈希***私钥为所有节点子私钥之和；改进后的变色龙哈希算法包含五个子算法：初始化、密钥生成、哈希计算、随机数锻造和哈希验证。
进一步的，区块链中包含两种节点：普通节点与权限节点，普通节点只能进行交易发布和交易查询操作，权限节点除了可以进行普通节点的操作外，还可以进行交易打包和交易修改操作。
进一步的，所述的密钥生成粒度为交易、区块、区块链、时间段，即对于每个交易、区块、区块链、时间段生成一对变色龙哈希子公私钥。
进一步的，所述的时间段为物理时间或虚拟时间；以时间段为密钥生成粒度的方案涉及一种共识机制，在该共识中，每个时间段分为密钥生成和密钥同步时间，在密钥生成时间内，每个权限节点需要生成下一个时间段的变色龙哈希子公私钥，并在密钥同步时间开始时，将自己的变色龙哈希子公钥广播给其他权限节点。
进一步的，所述的交易修改提案在广播前必须签名，其他权限节点在收到提案和签名后可验证提案者身份；在需要进行问责时，利用签名对提案者进行问责。
进一步的，交易修改提案内容包括发布者信息、需要被修改的交易所在的区块号、交易编号、修改后的交易内容、修改原因以及提案者的签名
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)可以删除、修改区块链中的指定交易；
(2)不依赖特定的区块链架构和区块结构，可以很好的兼容主流的区块链；
(3)账本修改过程完全去中心化，不需要中心节点或可信第三方参与，符合区块链去中心化的特性；
(4)区块压缩率低、修改操作执行速率快、安全性高。
附图说明
图1是本发明的可编辑区块链初始化流程图。
图2是本发明的权限节点加入机制流程图。
图3是本发明的交易打包流程图。
图4是本发明的交易修改流程图。
图5是本发明的权限节点退出机制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
1、改进后的变色龙哈希算法
假设联盟链中一共有m个节点，其中n个是权限节点。使***的私钥x＝x1+x2+...+xn，其中{x1,x2,...,xn}为每个权限节点的子私钥，而***的公钥
Figure BDA0002476787910000041
即***的公钥为所有权限节点的子公钥之积。
修改后的变色龙哈希算法具有以下五个子算法：
初始化Setup(λ):输入安全性参数λ，输出公共参数pp＝{p,q,g}。其中p,q满足p＝kq+1，g为乘法循环群
Figure BDA0002476787910000046
的生成元；
密钥生成KeyGen(pp):各个权限节点在本地调用此函数。对于第i个权限节点来说，输入公共参数pp，输出权限节点i的子公钥hi，子私钥xi。其中xi为在乘法循环群
Figure BDA0002476787910000042
中随机挑选的元素，
Figure BDA0002476787910000043
哈希计算Hash(h,m,r):假设全网有n个权限节点，输入***公钥h，即所有权限节点的子公钥之积h1h2...hn、明文m、随机数r，输出变色龙哈希值CH＝gm(h1h2...hn)rmodp。其中m,r均为
Figure BDA0002476787910000044
的元素；
随机数锻造Forge(x,m,r,m2):假设参与某交易打包的权限节点有k个，输入***私钥x，即这k个权限节点的子私钥之和x1+x2+...+xk、旧明文m、旧随机数r、新明文m2，输出与m2匹配的新随机数r2。其中m,r,m2均为
Figure BDA0002476787910000045
的元素，r2＝(m-m2+xr)x-1modq，x＝x1+x2+...+xk；
哈希验证Verify(h,m,r,CH):假设参与某交易打包的权限节点有k个，输入***公钥h，即这k个权限节点的子公钥之和h1h2...hk、明文m、随机数r、变色龙哈希值CH,验证CH与m,r是否匹配，如果匹配输出1，不匹配输出0。
2、可编辑区块链初始化
如图1所示，可编辑区块链初始化主要分为3个步骤，具体描述如下：
步骤1、***执行设置出块时间、设置共识算法相关参数、创建创世块等操作；
步骤2、***执行改进后的变色龙哈希初始化子算法，得到公共参数pp＝{p,q,g}；
步骤3、***将公共参数写入创世块中。
3、权限节点加入机制
如图2所示，权限节点加入主要分为6个步骤，具体描述如下：
步骤1、想要入链并成为权限节点的节点A向链中所有权限节点提出入链请求；
步骤2、链内所有权限节点对请求进行投票，如果同意A入链的权限节点数超过阀值，则允许A入链；
步骤3、链内所有权限节点对请求进行投票，如果同意A入链的权限节点数超过阀值，则允许A入链；
步骤4、节点A将一笔保证金存放在链内的智能合约中，并向其他权限节点申请成为新的权限节点；
步骤5、其他权限节点验证智能合约内是否有A的保证金，同时验证A是否有资格成为权限节点，若验证成功则同意其成为权限节点；
步骤6、若同意A成为权限节点的其他权限节点数超过阀值，则A成为新的权限节点。
4、交易打包操作
如图3所示，交易打包操作主要分为6个步骤，具体描述如下：
步骤1、***在权限节点中挑选本轮的记账者；
步骤2、记账者挑选一个交易，利用变色龙哈希公钥，调用改进后的变色龙哈希哈希计算子算法为该交易生成变色龙哈希值并打包该交易；
步骤3、若交易全部打包入区块，则将该区块连接到可编辑区块链上并广播，否则执行步骤2。
5、交易修改操作
如图4所示，交易修改操作主要分为6个步骤，具体描述如下：
步骤1、权限节点A想要修改交易x，其需要生成交易修改提案，并将提案广播给参与生成交易x的其他权限节点；
步骤2、其他权限节点收到交易修改提案后，验证提案的正确性和合法性，若验证通过，则将自己关于交易x的变色龙哈希子私钥发送给A，若不通过，则不发送；
步骤3、当A收到全部变色龙哈希子私钥，则其可以计算出变色龙哈希***私钥；
步骤4、A利用变色龙哈希***私钥可以锻造出于新交易x’匹配的随机数r’；
步骤5、A修改区块数据，并将修改后的区块广播给其他节点；
步骤6、其他节点在收到区块信息后，验证x’，r’是否与变色龙哈希值匹配，若匹配则更新本地数据，否则不更新。
6、权限节点退出机制
如图5所示，权限节点退出主要分为4个步骤，具体描述如下：
步骤1、若权限节点A想要合法的退出可编辑区块链，它需要向其他权限节点发出退出请求并提供其所有的变色龙哈希子私钥；
步骤2、其他权限节点收到A的退出请求后，验证其提供的子私钥是否正确，若验证通过，则将其子私钥存入本地，并允许其出链；
步骤3、当同意A退出的权限节点数超过一个阀值，则代表***同意其合法的退出；
步骤4、当***同意A合法退出时，A便可从链内的智能合约中取回当初成为权限节点时抵押的保证金。

Claims (8)

1.一种适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于，包括：
可编辑区块链初始化：区块链初始化，执行改进后的变色龙哈希算法的初始化子算法，生成相关参数并存入创世块中；
权限节点加入：一个新节点向区块链提出入链并成为权限节点的请求，并将一笔保证金存放在指定的智能合约内，在得到区块链中半数以上的权限节点的同意后，该节点方可连入区块链并成为权限节点；
交易发布：需要发布交易的节点生成交易请求，并将该请求广播到区块链网络中；
变色龙哈希子公私钥生成与子公钥广播：在交易打包前，需要每个权限节点根据密钥生成粒度，在本地独立调用改进后的变色龙哈希算法的密钥生成子算法生成变色龙哈希子公私钥，并将自己的子私钥存入本地，将自己的子公钥广播给其他节点；所有权限节点在收到其他权限节点的子公钥后，将子公钥存入本地；
交易打包：由区块链***在所有权限节点中挑选一个记账者，记账者利用之前获得的变色龙哈希***公钥调用改进后的变色龙哈希算法的哈希计算子算法对交易内容进行哈希，得到交易哈希值，并将交易内容、交易哈希、随机数与其他区块信息一同写入区块中；
交易查询：节点在输入约束条件后，***遍历所有区块内的交易，返回符合约束条件的交易的相关信息；
交易修改：当某笔交易内容需要被修改时，由一个权限节点发出交易修改提案；其他权限节点对提案的正确性与合法性进行考量，如果同意修改，则将自己关于这笔交易的变色龙哈希子私钥发送给提案节点；提案节点在获得所有节点的变色龙哈希子私钥后，可还原出***私钥，从而调用改进后的变色龙哈希算法的随机数锻造子算法找到碰撞，修改交易内容；
权限节点退出：想要退出的权限节点广播其所有变色龙哈希子私钥与退出请求给其他权限节点，其他权限节点收到请求与子私钥后进行验证，若验证成功，则将子私钥存入本地，并广播同意退出的消息，当同意该权限节点退出的其他权限节点超过一个阀值后，该权限节点才可从之前存放保证金的智能合约中取出其保证金，从而合法的退出区块链。
2.根据权利要求1所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于：交易查询过程中，约束条件包括区块号、交易号、交易金额、交易发起方、交易接收方。
3.根据权利要求1所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于：所述改进后的变色龙哈希算法，可设下一个“陷门”或者“***私钥”，拥有***私钥的节点可找到碰撞；相对于变色龙哈希算法，其允许多个节点共同生成变色龙哈希***公私钥对；每个节点在本地调用密钥生成子算法，独立生成变色龙哈希子公私钥，任何不知道所有变色龙哈希子私钥的节点，都无法找到碰撞；改进后的变色龙哈希***公钥为所有节点子公钥之积，改进后的变色龙哈希***私钥为所有节点子私钥之和；改进后的变色龙哈希算法包含五个子算法：初始化、密钥生成、哈希计算、随机数锻造和哈希验证。
4.根据权利要求1所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于：区块链中包含两种节点：普通节点与权限节点，普通节点只能进行交易发布和交易查询操作，权限节点除了可以进行普通节点的操作外，还可以进行交易打包和交易修改操作。
5.根据权利要求1所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于：所述的密钥生成粒度为交易、区块、区块链、时间段，即对于每个交易、区块、区块链、时间段生成一对变色龙哈希子公私钥。
6.根据权利要求5所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于，所述的时间段为物理时间或虚拟时间；以时间段为密钥生成粒度的方案涉及一种共识机制，在该共识中，每个时间段分为密钥生成和密钥同步时间，在密钥生成时间内，每个权限节点需要生成下一个时间段的变色龙哈希子公私钥，并在密钥同步时间开始时，将自己的变色龙哈希子公钥广播给其他权限节点。
7.根据权利要求1所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于：所述的交易修改提案在广播前必须签名，其他权限节点在收到提案和签名后可验证提案者身份；在需要进行问责时，利用签名对提案者进行问责。
8.根据权利要求7所述的适用于可编辑区块链的账本修改方法，其特征在于：交易修改提案内容包括发布者信息、需要被修改的交易所在的区块号、交易编号、修改后的交易内容、修改原因以及提案者的签名。
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