TWI750223B

TWI750223B - 區塊鏈加密射頻晶片存儲設計方法

Info

Publication number: TWI750223B
Application number: TW106131303A
Authority: TW
Inventors: 陸揚
Original assignee: 大陸商上海唯鏈信息科技有限公司
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2021-12-21
Also published as: WO2018046008A1; TW201812638A; TWI749061B; TW201812630A; WO2018046009A1

Abstract

本發明係關於一種區塊鏈加密射頻晶片的存儲設計方法，包括：第一步，設計區塊鏈加密射頻晶片的資料結構；第二步，設計區塊鏈加密射頻晶片中的資料在用戶記憶體中組織存放形式；第三步，設計區塊鏈加密射頻晶片的加密、解密過程。本發明的一種區塊鏈加密射頻晶片存儲設計方法通過研究了區塊鏈的加密原理，提高了資訊安全度，滿足了一卡多用的原則，加大了資訊保護程度，提高使用的安全性和使用的便捷性。

Description

區塊鏈加密射頻晶片存儲設計方法

本發明係關於網際網路技術領域，以及一種區塊鏈加密射頻晶片存儲設計方法。

隨著區塊鏈技術的迅猛發展，區塊鏈的應用也愈加廣泛。區塊鏈加密射頻晶片作為用戶與區塊鏈網路的連接紐帶，重要性日益凸顯。區塊鏈加密射頻晶片的存儲方式時刻受到駭客和病毒的威脅，近年已經多次發生安全事件。為了讓區塊鏈的使用更加便捷，並提高安全性，必須借助使用便捷、安全性高、擴展性好、應用性強的區塊鏈加密射頻晶片作為工具。而區塊鏈加密射頻晶片的存儲與操作是基礎與核心，不僅要將區塊鏈的技術考慮在內，還要考慮安全性、應用性與擴展性。因此，極需一種解決以上問題的區塊鏈加密射頻晶片的存儲設計方法。

有鑑於此，本發明要解決的技術問題是提供一種使用廣泛、安全性高、擴展性好、應用性強的區塊鏈加密射頻晶片的存儲設計方法。

為達到上述技術方案的效果，本發明的技術方案為：一種區塊鏈加密射頻晶片的存儲設計方法，包括以下步驟：

第一步，設計區塊鏈加密射頻晶片的資料結構；

第二步，設計區塊鏈加密射頻晶片中的資料在用戶記憶體中組織存放形式；

第三步，設計區塊鏈加密射頻晶片的加密、解密過程；

區塊鏈加密射頻晶片的資料結構包含用戶資料、認證資料和帳戶資料；

所述用戶資料包括讀取控制資料A、用戶姓名、用戶電話、用戶ID；

其中，讀取控制資料A用於存儲控制用戶資料讀取的資訊，用戶姓名用於存儲用戶的姓名資訊，用戶電話用於存儲用戶的電話資訊，用戶ID存放內部用戶編號；

認證資料包括：讀取控制資料B、用戶密碼哈希(Hash)值、認證密鑰、帳戶主公鑰；

其中，讀取控制資料B用於認證資料讀取的資訊，並且將認證資料讀取的資訊提取標記，並加上本地時間戳得到用戶防偽標記，防止篡改，最後把用戶防偽標記的值和用戶密碼的值經過哈希加密演算法變換成實際安全認證所需長度的哈希值，認證資料讀取的資訊提取標記的過程為：

首先將任意長度的所述認證資料讀取的資訊經劃分而生成長度相等為4n位元組的子資訊段，其中n為根據系統提前制定的任意整數值，之後通過哈希函數變換成4n長度的哈希值，通過加上所述本地時間戳得到用戶防偽標記，在區塊鏈加密射頻晶片遺失情況下，有效地避免非法用戶暴力破解用戶密碼，最後認證密鑰用於讀取控制資料B和所述用戶密碼哈希值之間的安全認證，帳戶公鑰解密用於解密用戶防偽標記，以用於查詢上各個帳戶的餘額；

帳戶資料包括：讀取控制資料C、主密鑰密文、主私鑰密文；

其中，讀取控制資料C用於存儲帳戶資料讀取的資訊，主密鑰密文用於關聯用戶密碼及帳戶私鑰，提升所述帳戶主公鑰的加密參數，提高破解難度，使帳戶更加安全；

區塊鏈加密射頻晶片中的資料在用戶記憶體中組織存放形式為樹型文件結構，具有多層次文件結構的形態，樹型文件結構分成三種層次：第一個層次是總控制文件，是多應用文件結構的根，為樹型文件結構的根目錄，用於存放區塊鏈加密射頻晶片的公共資訊檔，並且為所有的應用程式服務；第二個層次是應用文件，在總控制文件之下，為樹型文件結構的子目錄，根據使用情況分別建立多個應用文件，應用文件用於實現區塊鏈加密射頻晶片的多種應用功能；第三個層次是原子文件，用於存儲實際應用資料和相應的系統管理資訊，區塊鏈加密射頻晶片的資料結構中的資料資訊就存放於原子文件中，當應用文件需要時可調用相應的原子文件；

區塊鏈加密射頻晶片的加密、解密過程為：

(1)加密：系統隨機生成一個32位元組主密鑰，同時讀取用戶使用密碼，並且存儲到陣列矩陣，其中用戶使用密碼作為行向量，主密鑰作為列向量，並用加密演算法加密，得到主密鑰密文；

(2)解密：從帳戶資料內讀取主密鑰密文，同時讀取用戶使用密碼，並且存儲到陣列矩陣，其中用戶使用密碼作為行向量，主密鑰密文作為列向量，通過解密演算法將作主密鑰密文還原成主密鑰，然後從區塊鏈加密射頻晶片中讀取主私鑰密文，通過所述用戶防偽標記的驗證，結合主密鑰將主密鑰密文還原成主私鑰。

本發明的一種區塊鏈加密射頻晶片存儲設計方法研究了區塊鏈的原理，考慮了資訊安全度，設計了區塊鏈加密射頻晶片的資料結構，並考慮了加密、解密的過程，為了滿足一卡多用的原則，設計了多層次文件結構，加大了資訊保護程度，提高使用的安全性和使用的便捷性。

為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明，能實現同樣功能的產品屬於等同替換和改進，均包含在本發明的保護範圍之內。具體方法如下：

實施例1：用戶密碼的哈希函數構造

將驗證卡片所需的用戶使用密碼經過哈希函數變換成所需長度的哈希值，具體過程為首先將任意長度的用戶使用密碼經填補、劃分而生成長度為4n位元組的子資訊段，之後通過混沌反覆運算、函數變換、替換和函數查閱資料表生成4n長度的哈希值。具體演算法如下：

a)將用戶使用密碼表示成制定的格式，初始格式為K=(α，x₀ ，m)，其中α為混沌映射的參數，x₀ 為混沌映射的初值，這裡為用戶的使用密碼，m為初始反覆運算次數。以0-1混沌序列初始化各寄存器為：

b)任意長度的用戶使用密碼經填補、劃分而生成長度為4n位元組的子資訊段。

c)使用函數f(*)重新計算A、B、C、D。

d)根據生成的A、B、C和D的最後位元(bit)決定A、B、C和D在混沌動態s-盒的替換次序，即將A、B、C和D分別與用標號1、2、3和4一一對應，按照函數F(*)的分函數下標順序做為混沌替換次序。

e)由A、B、C、D的最後位元(bit)查找並計算f(*)。

f)判斷原始資料是否處理完畢，是則輸出4n位元組的哈希值A、B、C、D，否則轉向b)步驟。

實施例2：系統總控制文件下應用文件的定義與應用

在區塊鏈加密射頻晶片上建立文件系統根目錄上建立系統總控制文件。存放區塊鏈加密射頻晶片的公共資訊文件，並且為所有的應用程式服務。在總控制文件上根據使用情況分別建立多個應用目錄文件，例如為區塊鏈金融環境包括密鑰資訊、個人資訊等，接著定義金融接觸式的應用環境，根據中國金融區塊鏈加密射頻晶片規範可定義此應用的文件名為1PAY.SYS.DDF01。同樣可定義金融非接觸式系統環境，並定義為2PAY.SYS.DDF01。金融接觸式的應用環境與金融非接觸式的應用環境都為系統總控制文件之下的不同應用文件，應用文件通過檔案名實現不同應用的選擇從而實現射頻晶片的多種應用。

實施例3：密鑰結構的具體規劃

密鑰管理是一口涉及密鑰的產生、檢驗、分配、傳遞、使用、保管、銷毀的綜合性技術，並且與密鑰的行政管理制度和人員的素質有密切的關係。目前國際標準化組織ISO己經制定了密鑰管理標準。但是由於加密系統實際使用情況的不同，具體的系統都有具體的實際要求，因此在標準化上很難統一。

目前的密鑰系統一般採用層次結構，使用密鑰保護密鑰的基本思想來進行設計。對於第(i+1)層的密鑰設計由第i層的密鑰來保護，同時本身也受到再上一層密鑰的保護。密鑰為層次化保護機制，下一層的密鑰由上面層次的密鑰保護。

在實際使用中往往根據加密系統的功能結構來確定密鑰系統的層次結構，如果系統功能相對簡單，則密鑰層次就可相應減少。如果功能相對複雜則需要適當增加密鑰結構層數。通過分層模式的設計可大大提升密鑰管理系統的安全性。由於在每一層中都可使用新的協議進行變化、進行管理，因此整個密鑰系統為動態特徵，而不僅僅是一個靜態的存儲機制，伴隨著每一層密鑰，都存在相應的協議。

在區塊鏈加密射頻晶片系統中使用三層密鑰管理系統，分別為主密鑰層，子密鑰層和對話密鑰層。在智慧區塊鏈加密射頻晶片和讀卡器中存有相同的系統主密鑰，根據系統的實際情況不同，有的智慧卡或者讀卡器中會有一個或多個主密鑰，以提高系統的安全性。本系統中只使用了一個主密鑰。使用可變的主密鑰參數對主密鑰進行加密就能得到子密鑰，同時採用另外的可變主密鑰參數對子密鑰進行加密就能得到第三層對話密鑰。對於讀卡器和晶片之間傳輸的資料採用對話密鑰進行加密。通常情況下，對話密鑰只能被用一次，這樣即使對話密鑰被攻擊者解碼，洩露的也僅僅只是一次傳輸資料。並且，無法從對話密鑰反推求得系統主密鑰。

對話密鑰生成方式；在區塊鏈加密射頻晶片內都設有態片製造標識碼，應用序號或者區塊鏈加密射頻晶片序號，其中，根據區塊鏈加密射頻晶片的序號有且唯一。另外，在交易時系統通常記錄交易的時間，在某些卡片內還有相應的計數器來控制讀寫次數。當卡片被執行某條指令後計數器自動增加。這就保證了每次交易的時候，計數器的值和交易時間不一致。因此使用主密鑰對卡的製造商識別碼，卡的序號進行加密生成子密鑰。雖然使用相同的主密鑰，但是由於序號各不相同，因此各卡生成的子密鑰也是不相同的。為了確保對於每張卡上的對話密鑰只使用一次，使用子密鑰對交易時間和計數器值進行加密生成對話密鑰。這樣對於同一張卡，每次交易使用的對話密鑰都是不同的。對於一個多用途的晶片而言，不同的應用常常使用不同的主密鑰，因此這使得解碼系統的工作量很大，而且解碼的意義也不大。

主密鑰可由多個可信任的人彼此獨立提出一段數據然後合成一個密鑰，然後再加入安全亂數加密運算獲得。因此主密鑰的生成和變化方式都難預測。系統主密鑰在下載的過程中如果不謹慎就會造成密鑰的洩露，因此主密鑰的下載必須在安全的環境下進行。由於需要人為將系統主密鑰裝載入射頻晶片及讀卡器，因此確保下載過程必須在專用的設備上進行，下載時的環境必須安全的，在射頻卡在接觸上不能丟失資訊。在卡內作業系統確保主密鑰在下載後就不能再被讀取。讀卡器內無法進行密鑰下載十分麻煩，往往加入安全模組用以存放密鑰，以實現加密與解密演算法。

加密解密演算法使用了數位混沌序列，能在不過多增加運算量的前提下，對數字混沌反覆運算過程加以改進，使整個系統所產生的偽隨機序列更加類似雜訊，並且減少弱密鑰的比例，擴大可用密鑰的空間，使密鑰的選取具有更大的隨機性。由於數位混沌系統反覆運算所產生的偽混沌序列週期不可預測，難於精確分析，並且遠遠小於2^N （N是實現精度）。雖然提高了實現精度，偽混沌序列的平均週期仍然不會有大的提高，並且還是會存在序列被吸引到某個固定值的情況。為了改進偽混沌序列的週期特性，延長並且控制其序列週期，利用m序列對混沌反覆運算系統進行擾動的方法。

無

[圖1] 為區塊鏈加密射頻晶片存儲設計方法的具體步驟。

Claims

一種區塊鏈加密射頻晶片的存儲設計方法，其特徵在於，包括以下步驟：第一步，設計區塊鏈加密射頻晶片的資料結構；第二步，設計區塊鏈加密射頻晶片中的資料在用戶記憶體中組織存放形式；第三步，設計區塊鏈加密射頻晶片的加密、解密過程；所述區塊鏈加密射頻晶片的資料結構包含用戶資料、認證資料和帳戶資料；所述用戶資料包括讀取控制資料A、用戶姓名、用戶電話、用戶ID以及用戶密碼；其中，所述讀取控制資料A用於存儲所述用戶資料讀取的資訊，所述用戶姓名用於存儲用戶的姓名資訊，所述用戶電話用於存儲用戶的電話資訊，所述用戶ID存放內部用戶編號，所述用戶密碼用於存儲用戶設定的使用密碼；所述認證資料包括：讀取控制資料B、用戶密碼哈希值、認證密鑰、帳戶主公鑰；其中，所述讀取控制資料B用於存儲所述認證資料讀取的資訊，並且對所述認證資料讀取的資訊進行提取標記，並加上本地時間戳得到用戶防偽標記，防止篡改，最後把所述用戶防偽標記的值和所述用戶密碼的值經過哈希加密演算法變換成實際安全認證所需長度的所述用戶密碼哈希值，對所述認證資料讀取的資訊進行提取標記的過程為：首先將任意長度的所述認證資料讀取的資訊劃分而生成長度相等為8位元组的子資訊段，之後通過哈希函數將所述子資訊段轉換生成8位元組長度的哈希值，最後所述認證密鑰用於所述讀取控制資料B和所述用戶密碼哈希值之間的安全認證，所述帳戶主公鑰用於解密所述用戶防偽標記，以用於查詢上各個帳戶的餘額；所述帳戶資料包括：讀取控制資料C、主密鑰密文、主私鑰密文；其中，所述讀取控制資料C用於存儲所述帳戶資料讀取的資訊，所述主密鑰密文用於關聯所述用戶密碼及主密鑰；所述區塊鏈加密射頻晶片中的資料在所述用戶記憶體中組織存放形式為樹型文件結構，具有多層次文件結構的形態，所述樹型文件結構被分成三種層次：第一個層次是總控制文件，是所述樹型文件結構的根，作為所述樹型文件結構的根目錄，用於存放所述區塊鏈加密射頻晶片的公共資訊檔，並且為所有的應用程序服務；第二個層次是應用文件，在所述總控制文件之下，作為所述樹型文件結構的子目錄，根據使用情況分別建立多個所述應用文件，所述應用文件用於實現所述區塊鏈加密射頻晶片的多種應用功能；第三個層次是原子文件，用於存儲實際應用資料和相應的系統管理資訊，所述用戶資料、所述認證資料和所述帳戶數據就存放於所述原子文件中，當所述應用文件需要時可調用相應的所述原子文件；所述區塊鏈加密射頻晶片的加密、解密過程為：(1)加密：所述區塊鏈加密射頻晶片隨機生成一個32位元組主密鑰，同時讀取所述用戶密碼，並且存儲到一個陣列矩陣，所述陣列矩陣中所述用戶密碼作為行向量，所述主密鑰作為列向量，並用加密演算法加密，得到所述主密鑰密文；所述主密鑰經過所述用戶防偽標記，通過加密演算法，生成所述區塊鏈加密射頻晶片的主私鑰；(2)解密：從所述帳戶資料中讀取所述主密鑰密文，同時讀取所述用戶密碼，並且存儲到另一個陣列矩陣，其中所述用戶密碼作為行向量，所述主密鑰密文作為列向量，通過解密演算法將所述主密鑰密文還原成所述主密鑰，然後從所述區塊鏈加密射頻晶片中讀取所述主私鑰密文，通過所述用戶防偽標記的驗證，並且結合所述主密鑰將所述主私鑰密文還原成主私鑰。