一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法及系统技术方案

本发明专利技术属于区块链安全技术领域，具体涉及一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法及系统，所述方法包括：交易发起者生成密钥对，将公钥压缩并上传到星际文件系统并向全网节点公布自己的公钥地址；交易发起者将交易信息进行打包，并对打包的交易信息进行签名，将签名信息压缩并上传到星际文件系统，并向全网节点公布广播该交易信息；验证节点接收到交易后，进行交易验签，并将交易上链。本发明专利技术的方法解决现有区块链系统无法抵抗量子计算机攻击的现状，提高区块链系统的安全性，同时降低区块链系统的存储开销，提高交易上链效率。提高交易上链效率。提高交易上链效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法及系统


[0001]本专利技术属于区块链
，具体涉及一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法及系统。

技术介绍

[0002]传统计算机对N个存储器运算一次只可以变换1个数据，而量子计算机对N个存储器运算一次可以变换2
n
个数据。由此可见传统计算机无法破解对于依赖大量计算资源才能破解的区块链加密算法，而量子计算机可以在几天之内破解，这对区块链的安全性造成了不可逆的影响。同时量子计算机也在不断的发展，2016年，IBM推出了全球首个量子计算云平台：IBMQ。IBMQ处理器量子位已经达到17个单位。2018年，谷歌的量子人工实验室推出了Bristlecone量子处理器，已经达到72量子比特。2020年，中国科学技术研究院的潘等人研制出专用量子计算机。在量子计算机不断发展的时候，区块链的安全性也亟需进行加强。
[0003]区块链的本质是分布式账本，在交易期间使用签名进行用户身份证明，用户身份的安全性主要靠公私钥体制进行保证，在进行区块链安全保证，其原理基本上是采用能够抵抗量子搜索算法攻击的数字签名替换原有系统中的签名算法。为针对量子计算机的威胁，相关人员提出了后量子密码学，目前，后量子密码学体系主要包括以下几种：哈希函数密码、格密码、基于编码的密码学、多变量密码学等。其中，格密码学由于其在随机格中的短向量求解与最坏情况下求解格上难题难度相当，成为目前研究和实际应用比较热门的后量子密码学算法之一。
[0004]在专利申请公开号112953728中公开了一种抗量子攻击的联盟区块链数字签名加密方法。该方法中在区块链中结合使用抗量子签名算法，即基于格密码设计的falcon签名算法，保证了区块链系统对于量子攻击的安全性，但falcon签名算法，存在公钥长度过长的问题，因而在实际运用中会对区块链系统的效率造成一定的影响，其使用效果有一定的局限性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法及系统。
[0006]一方面本专利技术提出一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法，其特征在于，包括：
[0007]交易发起者生成密钥对，其中，所述密钥对包括私钥与公钥；
[0008]将公钥压缩并上传到星际文件系统，在星际文件系统中生成哈希序列作为创建交易时的公钥地址，并向全网节点公布自己的公钥地址；
[0009]交易发起者将交易信息进行打包，其中，所述交易信息包括交易接收者公钥地址信息，交易相关用户身份认证信息以及输出脚本，采用FatSeal签名算法对打包的交易信息进行签名；
[0010]将签名信息压缩并上传到星际文件系统，在星际文件系统中生成哈希序列作为创建交易时的签名，同时，将签名的哈希序列和公钥的哈希序列写进输入脚本中，并向全网节点公布广播该交易信息；
[0011]验证节点接收到交易后，从交易的输入脚本中获取签名的哈希序列和公钥的哈希序列，根据签名的哈希序列和公钥的哈希序列在星际文件系统中获取公钥文件和签名文件进行签名验证；
[0012]将验证通过的交易进行打包到候选区块中，经过计算解决共识机制难题后，获得记账权，将区块写入到区块链当中，并进行全网广播。
[0013]另一方面，本专利技术提出一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易系统，包括：数据层、网络层、共识层、激励层和应用层；
[0014]所述数据层用于存储数据以及针对数据进行处理，提供基础的密码服务；
[0015]所述网络层用于负责维护节点之间的数据同步，并允许用户进行交易和数据传输；
[0016]所述共识层用于负责确保所有节点上的数据状态一致，并为交易提供保障；
[0017]所述激励层用于鼓励节点参与共识和数据验证，并维护区块链系统的稳定性和安全性；
[0018]所述应用层用于为交易进行安全性和正确性保证的交易服务。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术方法设计的签名和验签方案可以有效抵抗现有量子攻击算法对区块链系统造成的威胁，同时采用IPFS星际文件系统能有效进行数据压缩，解决基于格密码进行签名设计时存在的签名长度过大问题，从而保证单位时间内上链更多交易信息数据，提高了系统效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法流程图；
[0022]图2为本专利技术实施一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易系统体系架构图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法及系统。
[0025]一方面，本专利技术提出一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法，如图1所示，包括：
[0026]交易发起者生成密钥对，其中，所述密钥对包括私钥与公钥；
[0027]将公钥压缩并上传到星际文件系统，在星际文件系统中生成哈希序列作为创建交易时的公钥地址，并向全网节点公布自己的公钥地址；
[0028]交易发起者将交易信息进行打包，并对打包的交易信息进行签名；其中，所述交易
信息包括交易接收者公钥地址信息、交易相关用户身份认证信息以及输出脚本；
[0029]将签名信息压缩并上传到星际文件系统，在星际文件系统中生成哈希序列作为创建交易时的签名，同时，将签名的哈希序列和公钥的哈希序列写进输入脚本中，并向全网节点公布广播该交易信息；
[0030]验证节点接收到交易后，从交易的输入脚本中获取签名的哈希序列和公钥的哈希序列，根据签名的哈希序列和公钥的哈希序列在星际文件系统中获取公钥文件和签名文件进行签名验证；
[0031]将验证通过的交易进行打包到候选区块中，经过共识算法确保所有区块节点上的数据状态一致后，获得记账权，将区块写入到区块链当中，并进行全网广播。
[0032]在本专利技术的实施例中，交易发起者生成密钥对包括：
[0033](1)用户想要进行交易，需要先生成自己的账户地址信息，主要包含一对公私钥，如果没有正确生成公私钥信息，则用户无法在区块链系统中进行交易；
[0034](2)交易发起者A，首先生成自己的公私钥对，在商环R
q
＝Z
q
[x]/x
n
+1中的子集T(d，d+1)中采用随机的方式均匀选取两个短多项式f，g；其中，Z
q
[]表示整数域上的多项式环，x表示多项式环中的不定元，n表示多项式环系数，子集T(d，d+1)满足有d+1个系数为1，d个系数为0；
[0035](3)验证f在商环R
q
中是否可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法，其特征在于，包括：交易发起者生成密钥对，其中，所述密钥对包括私钥与公钥；将公钥压缩并上传到星际文件系统，在星际文件系统中生成哈希序列作为创建交易时的公钥地址，并向全网节点公布自己的公钥地址；交易发起者将交易信息进行打包，并对打包的交易信息进行签名；其中，所述交易信息包括交易接收者公钥地址信息、交易相关用户身份认证信息以及输出脚本；将签名信息压缩并上传到星际文件系统，在星际文件系统中生成哈希序列作为创建交易时的签名，同时，将签名的哈希序列和公钥的哈希序列写进输入脚本中，并向全网节点公布广播该交易信息；验证节点接收到交易后，从交易的输入脚本中获取签名的哈希序列和公钥的哈希序列，根据签名的哈希序列和公钥的哈希序列在星际文件系统中获取公钥文件和签名文件进行签名验证；将验证通过的交易进行打包到候选区块中，经过共识算法确保所有区块节点上的数据状态一致后，获得记账权，将区块写入到区块链当中，并进行全网广播。2.根据权利要求1所述的一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法，其特征在于，交易发起者生成密钥对，包括：在商环R
q
＝Z
q
[x]/x
n
+1的一个子集T(d,d+1)中采用随机的方式均匀选取两个短多项式f，g，并要求f在商环R
q
中可逆；其中，Z
q
[]表示整数域上的多项式环，x表示多项式环中的不定元，n表示多项式环系数，子集T(d,d+1)满足有d+1个系数为1，d个系数为0；验证f在商环R
q
中是否可逆，如果不可逆，则重新进行选取，若满足要求，将(f,g)作为私钥保存；计算h＝(g+α)f
‑1，并验证h是否满足在商环R
q
中，若满足要求，则作为公钥进行保存；其中，参数α取为(q
‑
1)/8,并采用3bit表示整数关于α的商，模数q为素数，且满足q≡1mod2m，m表示整数。3.根据权利要求1所述的一种基于IPFS的抗量子攻击的区块链交易方法，其特征在于，对交易信息进行签名，包括：从商环R
q
＝Z
q
[x]/x
n
+1中随机选取多项式r，要求多项式r的每个系数均匀分布在{
‑
α/2,
‑
α/2+1,
···
,α/2
‑
1}中；其中，Z
q
[]表示整数域上的多项式环，x表示多项式环中的不定元，n表示多项式环系数，参数α取为(q
‑
1)/8,并采用3bit表示整数关于α的商，模数q为素数，且满足q≡1mod2m，m表示整数；计算w＝hrmod
α
q，对w的分量进行判断，若包含分量q
‑1‑
α/2，则重新选取多项式r；其中，w表示Z
q
中的2阶元；计算哈希值c＝H(M,quo(w))，要求哈希值c是商...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光侠，梁杰，吴涛，刘俊，马创，刘园，张乐君，苏申，鲁辉，姜誉，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：