基于“垂直認(rèn)證”的區(qū)塊鏈安全解決方案

◆徐冠寧 趙桂芬

（1.北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所 北京 100044；2.網(wǎng)絡(luò)密碼認(rèn)證北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100044）

目前，國(guó)內(nèi)外的區(qū)塊鏈都是采用公鑰體系（如：PKⅠ）來實(shí)現(xiàn)，但是，由于公鑰算法運(yùn)行效率較低，造成現(xiàn)有區(qū)塊鏈運(yùn)行速度較慢，如：比特幣每秒只能完成7 筆交易，這影響并阻礙了區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)交易的應(yīng)用，同時(shí)，用戶的私鑰容易被黑客獲取，其安全等級(jí)較低，造成現(xiàn)有區(qū)塊鏈的安全事件頻發(fā)，如：比特幣每半年就出現(xiàn)一次信息安全事件，給用戶帶來較大損失，總之，現(xiàn)有的區(qū)塊鏈技術(shù)產(chǎn)品不能滿足市場(chǎng)的需求。

近幾年，區(qū)塊鏈技術(shù)也在進(jìn)行安全升級(jí)，陸續(xù)為用戶客戶端提供帶CPU 芯片的U 盾，帶CPU 芯片的U 盾是采用價(jià)格低廉的加密芯片，將用戶的私鑰放在U 盾的芯片里。但是，這些廉價(jià)的CPU 芯片安全等級(jí)較低，容易被不法分子通過破壞性解剖拿到用戶的私鑰，再來克隆用戶的U 盾，盜取用戶賬戶里的資金。即使在客戶端為用戶提供的是合規(guī)的U 盾，而PKⅠ技術(shù)的公鑰是以明文形式存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)公鑰服務(wù)器中，也容易受到黑客的攻擊。

為一勞永逸徹底解決現(xiàn)區(qū)塊鏈的安全問題，我們提出一種基于“垂直認(rèn)證”技術(shù)的區(qū)塊鏈安全升級(jí)方案，其中：“垂直認(rèn)證”技術(shù)是基于“密鑰種子”集中生成，集中灌裝，集中分發(fā)，集中銷毀，并采用單鑰密碼算法（SM1 或SM4 算法）和組合密鑰（CSK，combined secret key）生成算法，實(shí)現(xiàn)單鑰密鑰一次一變，建立認(rèn)證、簽名和加密協(xié)議，在客戶端為用戶提供合規(guī)的加密芯片（如：U 盾或手機(jī)端TF 卡、SⅠM 卡），在加密芯片里寫入認(rèn)證、簽名和加密協(xié)議，在節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端嵌入帶加密芯片加密硬件設(shè)備，在加密芯片里寫入認(rèn)證、簽名驗(yàn)證和解密協(xié)議，建立“芯片”對(duì)“芯片”的簽名協(xié)議，且簽名密鑰一次一變，亦即：新一代簽名協(xié)議，采用單鑰算法建立區(qū)塊鏈的安全體系，對(duì)比公鑰體系安全性較高，且并發(fā)認(rèn)證的速度大約能提高100 倍，并發(fā)簽驗(yàn)的速度大約能提高200 倍，可以解決目前存在的區(qū)塊鏈安全體系漏洞而帶來的資金被盜的問題。

1 區(qū)塊鏈系統(tǒng)存在安全隱患

區(qū)塊鏈系統(tǒng)存在多種安全隱患，我們這里主要是闡述采用公鑰體系建立區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣系統(tǒng)存在的安全隱患。

區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣交易系統(tǒng)是采用公鑰算法（如：PKⅠ）建立安全架構(gòu)，PKⅠ已經(jīng)問世近30 年了，PKⅠ采用公鑰體系建立認(rèn)證體系，即：采用公鑰算法（公鑰密碼算法如：RSA 或ECC），實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、數(shù)字簽名和密鑰交換，并采用單鑰密碼算法（如：SM1、SM4等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加/解密。

1.1“軟錢包”存在的安全隱患

所謂“軟錢包”就是采用軟件方式開發(fā)的認(rèn)證協(xié)議，如：軟件開發(fā)的PKⅠ認(rèn)證/簽名協(xié)議，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證后登錄用戶的賬號(hào)（錢包），通過簽名協(xié)議對(duì)支付單進(jìn)行簽名。軟件開發(fā)的PKⅠ認(rèn)證/簽名協(xié)議，存在安全隱患。

（1）“軟錢包”容易被破解，黑客可以通過病毒獲得用戶在客戶端（PC 機(jī)或手機(jī)等）中的私鑰，再使用盜來的用戶私鑰登錄用戶的錢包，從而，盜用數(shù)字貨幣，其中：私鑰就是一串?dāng)?shù)字，如：RSA算法的密鑰對(duì)的長(zhǎng)度為1024、2048、4096 比特；ECC 算法密鑰對(duì)的長(zhǎng)度為256 比特。

黑客還可以篡改數(shù)字貨幣社區(qū)公鑰服務(wù)器中的用戶證書，其中，證書含：用戶標(biāo)識(shí)、實(shí)體證書公鑰、中級(jí)證書公鑰、根證書公鑰，以及上一級(jí)證書的私鑰對(duì)下一級(jí)證書的數(shù)字簽名等，即：黑客使用偽造的證書來替代用戶存儲(chǔ)在公鑰服務(wù)器中的證書，黑客采用自己的私鑰來通過身份認(rèn)證協(xié)議登錄用戶的錢包。

（2）“軟錢包”受攻擊的原理，在建立“軟錢包”的過程中，公鑰密碼算法（如：RSA 或ECC 算法）是公開的，PKⅠ身份認(rèn)證協(xié)議（雙向認(rèn)證、單向認(rèn)證、或挑戰(zhàn)/應(yīng)答式認(rèn)證）是公開的，數(shù)字簽名的協(xié)議是公開的，證書（含：公鑰）也是公開的，且能在數(shù)字貨幣社區(qū)的證書服務(wù)器里下載?？梢姡擞脩舻乃借€，所有的認(rèn)證/簽名協(xié)議及其數(shù)據(jù)黑客都知道。黑客可偽造一組密鑰對(duì)和證書，在客戶端采用偽造的私鑰，對(duì)證書和一組隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密（舉例：挑戰(zhàn)/應(yīng)答式認(rèn)證協(xié)議），生成認(rèn)證口令，數(shù)字貨幣社區(qū)的證書服務(wù)器對(duì)應(yīng)黑客偽造的證書，對(duì)口令進(jìn)行認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)黑客登錄用戶的賬戶（錢包）。

同時(shí)，黑客在客戶端，采用偽造的私鑰對(duì)數(shù)字貨幣的交易單進(jìn)行簽名，數(shù)字貨幣社區(qū)的證書服務(wù)器對(duì)應(yīng)黑客偽造的證書（含：公鑰），對(duì)交易單的數(shù)字簽名進(jìn)行簽名驗(yàn)證，從而，完成數(shù)字貨幣的交易，盜用用戶的數(shù)字貨幣。

通過以上攻擊方式，黑客可以實(shí)現(xiàn)“張冠李戴”式攻擊進(jìn)入用戶的賬戶（錢包），從而盜取用戶錢包里的數(shù)字貨幣。

1.2“硬錢包”存在的安全隱患

（1）所謂“硬錢包”就是采用PKⅠ建立認(rèn)證/簽名協(xié)議，在用戶的客戶端使用U 盾（智能卡加密芯片）或帶加密芯片的SD 卡（插入手機(jī)里），將密碼算法、摘要算法、私鑰、證書、身份認(rèn)證協(xié)議和數(shù)字簽名協(xié)議存放在U 盾或SD 卡中，用戶使用U 盾或SD 卡硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證后可登錄用戶的賬號(hào)（錢包）。

數(shù)字貨幣交易所采用“硬錢包”，要比“軟錢包”安全等級(jí)高得多。但是，為數(shù)字貨幣交易所提供PKⅠ服務(wù)的開發(fā)商，若采用劣質(zhì)U 盾芯片，造成智能卡中被封裝的芯片容易受到黑客破壞性破解，讀出芯片里用戶的私鑰；或者，用戶丟失U 盾或SD 卡后，通過設(shè)備初始化生成的記憶，重新將相同的私鑰寫入新U 盾或SD 卡的過程中，造成用戶的私鑰外泄。

總之，劣質(zhì)的U 盾或SD 卡容易被破解，用戶的私鑰會(huì)被讀出，無法保證“硬錢包”的安全。

（2）“硬錢包”與“軟錢包”一樣，存儲(chǔ)在數(shù)字貨幣社區(qū)公鑰服務(wù)器上的用戶證書容易受到黑客攻擊，即使用戶不將自己的證書（含：公鑰）存儲(chǔ)在數(shù)字貨幣社區(qū)公鑰服務(wù)器上，黑客也容易在節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端獲得用戶的證書（含：公鑰）。黑客通過偽造用戶證書（公、私鑰），來替代用戶的證書（含：公鑰）（存儲(chǔ)在公鑰服務(wù)器中），黑客采用自己的私鑰來通過身份認(rèn)證協(xié)議登錄用戶的賬戶（錢包），并對(duì)交易單進(jìn)行數(shù)字簽名來盜取用戶的數(shù)字貨幣。

2 區(qū)塊鏈交易系統(tǒng)效率較低

目前，數(shù)字貨幣交易系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端，處理區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣交易記錄為：7 筆/秒。數(shù)字貨幣交易系統(tǒng)的區(qū)塊鏈，是使用公鑰算法建立認(rèn)證體系如：PKⅠ，數(shù)字貨幣社區(qū)的證書認(rèn)證服務(wù)器，并發(fā)認(rèn)證或并發(fā)簽驗(yàn)的速度都較慢，直接制約了數(shù)字貨幣交易系統(tǒng)的效率，無法支撐較大量用戶的并發(fā)認(rèn)證，或較大量支付單的并發(fā)簽驗(yàn)。

ⅠBM 曾經(jīng)發(fā)出豪言壯語(yǔ)：他們公司開發(fā)的區(qū)塊鏈，節(jié)點(diǎn)服務(wù)器處理交易記錄的速度能達(dá)到：10000 筆/秒。但是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)端的設(shè)備成本他們沒有闡述。

因此，若想提高節(jié)點(diǎn)端交易速度，只能不斷增加節(jié)點(diǎn)端服務(wù)器設(shè)備的投入，從而，增加了數(shù)字貨幣交易所建立數(shù)字貨幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)的成本。

3 采用“垂直認(rèn)證”技術(shù)解決區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣交易安全問題

3.1“垂直認(rèn)證”技術(shù)

“垂直認(rèn)證”技術(shù)的定義：密鑰集中生成，集中灌裝，集中分發(fā)，集中注銷?！按怪闭J(rèn)證”技術(shù)的特征：是采用單鑰算法如：SM1、SM4、AES 算法，完成身份認(rèn)證、數(shù)字簽名、密鑰交換和數(shù)據(jù)加密4 個(gè)功能。國(guó)際通用“第三方認(rèn)證”技術(shù)如：PKⅠ，是采用公鑰算法（如：ECC或RSA），與單鑰算法（如：SM1 或SM4）相結(jié)合，完成身份認(rèn)證、數(shù)字簽名、密鑰交換和數(shù)據(jù)加密等4 項(xiàng)功能。

“垂直認(rèn)證”技術(shù)是在認(rèn)證中心端使用硬件設(shè)備作為仲裁者，使用組合對(duì)稱密鑰生成算法，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證、簽名和加密密鑰，一次一變，解決了單鑰算法的密鑰更新管理的難題，其中：采用組合密鑰生成算法更新密鑰，是一種智能合約式密鑰更新方式，PKⅠ是人工更新密鑰方式。

3.2 客戶端硬件

客戶端采用獲得國(guó)家密碼管理局頒發(fā)商密產(chǎn)品證書的U 盾或SD卡，該U 盾或SD 卡、SⅠM 卡通過密碼管理局商密產(chǎn)品測(cè)試中心的安全檢測(cè)，認(rèn)證/簽名協(xié)議和密鑰數(shù)據(jù)不能被讀出，可抗破壞性解剖分析，U 盾或SD 卡中芯片的安全得到保證?；蛘撸c芯片廠商深入合作，在U 盾或SD 卡芯片的ⅠP 內(nèi)，寫入“垂直認(rèn)證”技術(shù)的組合密鑰生成算法和認(rèn)證、簽名和加密協(xié)議（國(guó)密算法SM1、SM2、SM3、SM4 算法，也寫入芯片的ⅠP 核中），其中：采用SM1 保密算法（算法不公開），芯片的ⅠP 核可以保證各種密碼算法、協(xié)議和密鑰數(shù)據(jù)的運(yùn)行和存儲(chǔ)安全。

3.3 基于“垂直認(rèn)證”技術(shù)的區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣交易系統(tǒng)方案

在客戶端嵌入加密芯片如：U 盾或SD 卡、SⅠM 卡，在客戶端加密芯片里寫入單鑰算法、摘要算法、組合密鑰生成算法、一組“密鑰種子”表i 的元素、身份認(rèn)證協(xié)議、簽名協(xié)議、加密協(xié)議、解密協(xié)議，從而，建立“芯片級(jí)”區(qū)塊鏈的客戶端。

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中建立j 個(gè)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器端部署加密芯片硬件設(shè)備，寫入單鑰算法、組合密鑰生成算法、一組“存儲(chǔ)密鑰”K、身份認(rèn)證協(xié)議、簽名驗(yàn)證協(xié)議、解密協(xié)議，在節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端建立“密鑰種子”數(shù)據(jù)庫(kù)，將全體用戶的標(biāo)識(shí)、賬號(hào)、“密鑰種子”表i 的元素密文，一并存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端的“密鑰種子”數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而，建立“芯片級(jí)”的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)（見下圖），其中：分別用“存儲(chǔ)密鑰”K，加密全體用戶的“密鑰種子”表i 元素，j=100～10 萬(wàn)，j 為區(qū)塊鏈全部節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。

圖1 數(shù)字貨幣交易區(qū)塊鏈系統(tǒng)拓?fù)鋱D

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中建立1～3 個(gè)密鑰管理服務(wù)器，在密鑰管理服務(wù)器端也部署加密芯片硬件，在加密芯片里寫入單鑰算法、一組“存儲(chǔ)密鑰”K、組合密鑰生成算法、加密協(xié)議，在密鑰管理服務(wù)器端建立“密鑰種子”數(shù)據(jù)庫(kù)，將全體用戶的標(biāo)識(shí)、賬號(hào)、對(duì)應(yīng)的“密鑰種子”表i的元素密文，一并存儲(chǔ)在密鑰管理服務(wù)器端的“密鑰種子”數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而，建立“芯片級(jí)”的區(qū)塊鏈的密鑰管理服務(wù)器（見圖2），其中：用“存儲(chǔ)密鑰”K，分別加密全體用戶的“密鑰種子”表i 元素，i=1～n，n≤20 億，n 為全體區(qū)塊鏈用戶總數(shù)，不同節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端和密鑰管理服務(wù)器的“存儲(chǔ)密鑰”K，都兩兩相同。

圖2“芯片級(jí)”的區(qū)塊鏈的密鑰管理

（1）組合密鑰生成算法，是由一組時(shí)間戳和隨機(jī)數(shù)組成的選取參數(shù)，來對(duì)一組“密鑰種子”表的元素進(jìn)行選取，將選出的Y 個(gè)元素，并合成一組認(rèn)證密鑰RK、簽名密鑰QK，或加密密鑰JK，因?yàn)?，區(qū)塊鏈加密系統(tǒng)采用單鑰算法，則：客戶端的認(rèn)證密鑰RK=節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端的認(rèn)證密鑰RK，簽名密鑰QK=簽名驗(yàn)證密鑰QK，加密密鑰JK=解密密鑰JK，其中：Y=16 或32，認(rèn)證、簽名和加密密鑰一次一變。

（2）當(dāng)用戶客戶端的加密芯片丟失時(shí)，由密鑰管理單位負(fù)責(zé)更新用戶客戶端加密芯片，在新的加密芯片里寫入一組新的“密鑰種子”表元素，其他內(nèi)容與原用戶客戶端加密芯片里內(nèi)容完全相同，同時(shí)，更新密鑰管理服務(wù)器端的“密鑰種子”數(shù)據(jù)庫(kù)里對(duì)應(yīng)用戶的記錄，再由密鑰管理服務(wù)器端加密系統(tǒng)，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端的“密鑰種子”數(shù)據(jù)庫(kù)里對(duì)應(yīng)用戶的記錄進(jìn)行自動(dòng)更新。

3.4 區(qū)塊鏈的數(shù)字貨幣交易協(xié)議

（1）當(dāng)用戶A 支付一筆款給用戶B 時(shí)，用戶A 和用戶B 客戶端加密芯片里的簽名協(xié)議，根據(jù)組合密鑰生成算法，分別產(chǎn)生用戶A的簽名密鑰QKa 和用戶B 的簽名密鑰QKb，對(duì)用戶A 和用戶B 的交易單進(jìn)行簽名，所有節(jié)點(diǎn)服務(wù)器都將已被用戶A 和用戶B 簽名的交易單，分別收入一個(gè)區(qū)塊里，每個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密芯片里，根據(jù)組合密鑰生成算法，分別生成用戶A 的簽名驗(yàn)證密鑰QKa1 和用戶B的簽名驗(yàn)證密鑰QKb1，對(duì)已經(jīng)被用戶A 和用戶B 簽名的交易單進(jìn)行簽名驗(yàn)證，若通過簽名驗(yàn)證，則各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密系統(tǒng)，將用戶A 和用戶B 的交易單寫入?yún)^(qū)塊中，否則，則用戶A 和用戶B 的交易單無效。

在經(jīng)過時(shí)間T 后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密系統(tǒng)，根據(jù)“共識(shí)算法”，確認(rèn)某個(gè)用戶對(duì)區(qū)塊進(jìn)行記賬，將時(shí)間T 內(nèi)所有通過簽名驗(yàn)證的交易單登記在一個(gè)區(qū)塊里，智能合約將上一個(gè)區(qū)塊的摘要信息寫入本區(qū)塊“頭部”，形成區(qū)塊鏈中的一個(gè)區(qū)塊，并對(duì)本區(qū)塊進(jìn)行摘要得到摘要信息M，其他節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密系統(tǒng)對(duì)摘要信息M 進(jìn)行驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后也在其他所有節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端記錄該區(qū)塊，從而，完成用戶之間的交易單在區(qū)塊鏈里的登記。

（2）當(dāng)用戶A 發(fā)送一張現(xiàn)金支票給用戶B 時(shí)，用戶A 客戶端加密芯片里的簽名協(xié)議，根據(jù)組合密鑰生成算法，產(chǎn)生用戶A 的簽名密鑰QKa，對(duì)用戶A 發(fā)送給用戶B 的現(xiàn)金支票進(jìn)行簽名，用戶B客戶端加密芯片里的加密協(xié)議，產(chǎn)生用戶B 的加密密鑰JKb，將用戶A 發(fā)送給用戶B 的現(xiàn)金支票加密成密文，所有節(jié)點(diǎn)服務(wù)器都將已被用戶A 簽名和用戶B 加密的交易單，分別收入一個(gè)區(qū)塊里，每個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密芯片里，分別生成用戶A 的簽名驗(yàn)證密鑰QKa1和用戶B 的解密密鑰JKb1，對(duì)已經(jīng)被用戶A 簽名的現(xiàn)金支票進(jìn)行簽名驗(yàn)證，若未通過簽名驗(yàn)證，則現(xiàn)金支票不可信，若查詢通過，則用戶A 發(fā)送給用戶B 的現(xiàn)金支票有效，各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密系統(tǒng)將用戶A 發(fā)送給用戶B 的現(xiàn)金支票寫入一個(gè)區(qū)塊中。

在經(jīng)過時(shí)間T 后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密系統(tǒng)，根據(jù)“共識(shí)算法”，確認(rèn)某個(gè)用戶對(duì)區(qū)塊進(jìn)行記賬，將時(shí)間T 內(nèi)所有通過簽名驗(yàn)證的現(xiàn)金支票登記在一個(gè)區(qū)塊里，智能合約將上一個(gè)區(qū)塊的摘要信息寫入本區(qū)塊“頭部”，形成區(qū)塊鏈中的一個(gè)區(qū)塊，并對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行摘要得到摘要信息M，其他節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端加密系統(tǒng)，對(duì)摘要信息M 進(jìn)行驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后，也在其他所有節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端記錄該區(qū)塊，從而，完成用戶現(xiàn)金支票在區(qū)塊鏈的登記。只有用戶B 才能調(diào)用自己的密鑰，對(duì)用戶A 發(fā)送給用戶B 的現(xiàn)金支票密文進(jìn)行解密，并使用該現(xiàn)金支票。

3.5 采用“垂直認(rèn)證”技術(shù)建立區(qū)塊鏈安全體系

這樣能實(shí)時(shí)產(chǎn)生認(rèn)證、簽名和加密密鑰，一次一變。同時(shí)，在客戶端、節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端和密鑰管理服務(wù)器端，都部署加密芯片里，實(shí)現(xiàn)“芯片”對(duì)“芯片”的身份認(rèn)證協(xié)議、簽名協(xié)議和簽名驗(yàn)證協(xié)議，也是新一代數(shù)字簽名協(xié)議，從而，建立一種“芯片級(jí)”可信區(qū)塊鏈系統(tǒng)，可大幅度提高區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣應(yīng)用系統(tǒng)的安全等級(jí)。

4 采用“垂直認(rèn)證”技術(shù)解決區(qū)塊鏈的數(shù)字貨幣交易的效率問題

4.1 采用單鑰算法建立認(rèn)證/簽名協(xié)議，效率較高

教科書闡述：在芯片里，單鑰算法比公鑰算法的運(yùn)行速度快1000倍，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存里，單鑰算法比公鑰算法的運(yùn)行速度快100 倍，這是公理。由此可見，采用單鑰算法建立認(rèn)證/簽名協(xié)議，可充分發(fā)揮單鑰算法具有加/解密速度快的優(yōu)勢(shì)，能大大提高區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端并發(fā)簽名驗(yàn)證的效率。

4.2“垂直認(rèn)證”技術(shù)和PKⅠ技術(shù)的簽名和加密協(xié)議過程對(duì)比

PKⅠ技術(shù)簽名和加密協(xié)議過程圖如圖3、圖4。

通過對(duì)比“垂直認(rèn)證”技術(shù)與PKⅠ的簽名和加密協(xié)議的流程圖，可見：PKⅠ多調(diào)用了2 次公鑰算法，同時(shí)，多調(diào)用了2 種公鑰，一次是加密數(shù)據(jù)文件的“摘要”（即：數(shù)字簽名），一次是加密過程密鑰K，實(shí)現(xiàn)過程密鑰K 的交換。而“垂直認(rèn)證”技術(shù)少調(diào)用2 次公鑰算法，且少調(diào)用了2 次密鑰（私鑰和公鑰）。

因此，“垂直認(rèn)證”技術(shù)的并發(fā)認(rèn)證/簽驗(yàn)對(duì)比PKⅠ，大約能提高區(qū)塊鏈認(rèn)證速度100 倍，對(duì)比PKⅠ大約能提高區(qū)塊鏈簽名驗(yàn)證速度200 倍（詳見4.3 測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)對(duì)比）。采用新一代簽名協(xié)議，能有效解決現(xiàn)有區(qū)塊鏈系統(tǒng)每秒只能完成7 筆交易，運(yùn)行效率較低的難題。

圖3 PKⅠ技術(shù)簽名和加密協(xié)議過程圖

圖4“垂直認(rèn)證”技術(shù)的簽名和加密協(xié)議過程圖

4.3“垂直認(rèn)證”技術(shù)的并發(fā)認(rèn)證/簽驗(yàn)測(cè)試報(bào)告

經(jīng)過權(quán)威的國(guó)內(nèi)第三方產(chǎn)品性能檢測(cè)，單座認(rèn)證中心，可管理3億用戶，并發(fā)認(rèn)證達(dá)到1228.50 次/秒，并發(fā)簽名驗(yàn)證達(dá)到823.93 次/秒。

圖5“垂直認(rèn)證”技術(shù)的認(rèn)證中心測(cè)試報(bào)告

由圖5 可見：“垂直認(rèn)證”技術(shù)產(chǎn)品，經(jīng)過第三方權(quán)威部門的檢測(cè)報(bào)告：可管理用戶規(guī)模達(dá)3 億，并發(fā)認(rèn)證：1228.50 次/秒，并發(fā)簽驗(yàn)：823.93 次/秒?！按怪闭J(rèn)證”技術(shù)的技術(shù)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2020 年國(guó)家該領(lǐng)域的技術(shù)指標(biāo)（見：“網(wǎng)絡(luò)空間安全”重點(diǎn)專項(xiàng)2016 年度項(xiàng)目申報(bào)指南）。

用“垂直認(rèn)證”技術(shù)的檢測(cè)報(bào)告，來對(duì)比國(guó)家《“網(wǎng)絡(luò)空間安全”重點(diǎn)專項(xiàng)2016 年度項(xiàng)目申報(bào)指南》中的認(rèn)證技術(shù)指標(biāo)，其中：并發(fā)認(rèn)證的速度比PKⅠ快1000 倍有余，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100 倍。由此可推算出，并發(fā)簽驗(yàn)的速度比PKⅠ快200 倍以上。[注：《“網(wǎng)絡(luò)空間安全”重點(diǎn)專項(xiàng)2016 年度項(xiàng)目申報(bào)指南》3.1 網(wǎng)絡(luò)可信身份管理技術(shù)研究（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）考核指標(biāo)：1.身份管理系統(tǒng)應(yīng)支持億級(jí)規(guī)模的身份管理，百萬(wàn)級(jí)并發(fā)、1000 個(gè)應(yīng)用條件下，單個(gè)身份鑒別延時(shí)不大于3秒，身份鑒別應(yīng)采用國(guó)產(chǎn)密碼算法]。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，采用“垂直認(rèn)證”技術(shù)建立區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣交易安全系統(tǒng)，通過組合密鑰生成算法解決單鑰算法密鑰管理的難題，可實(shí)現(xiàn)認(rèn)證、簽名和加密密鑰，一次一變。每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的“密鑰種子”，兩兩不同，一個(gè)用戶的“密鑰種子”不慎泄露，不影響其他用戶“密鑰種子”的安全，并通過建立客戶端、節(jié)點(diǎn)服務(wù)器端和密鑰管理服務(wù)器端的“芯片級(jí)”認(rèn)證、簽名和加密協(xié)議，能提高區(qū)塊鏈的安全等級(jí)。不法分子無法攻克新一代簽名協(xié)議——簽名密鑰一次一變的“芯片級(jí)”簽名協(xié)議。同時(shí)，“垂直認(rèn)證”技術(shù)采用的單鑰算法，具有加/解密速度快的優(yōu)勢(shì)，能提高區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣交易的效率，對(duì)比PKⅠ大約能提高區(qū)塊鏈認(rèn)證速度100 倍，對(duì)比PKⅠ大約能提高區(qū)塊鏈簽名驗(yàn)證速度200 倍，能解決現(xiàn)有區(qū)塊鏈系統(tǒng)每秒只能完成7 筆交易，運(yùn)行效率較低的難題。另外，“垂直認(rèn)證”技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)通過的國(guó)家密碼管理局頒發(fā)的商密產(chǎn)品證書——《SRZ06 身份認(rèn)證系統(tǒng)》和《SRT1101 數(shù)據(jù)簽名驗(yàn)證系統(tǒng)》，技術(shù)合規(guī)且成熟，能較好應(yīng)用于區(qū)塊鏈領(lǐng)域，保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)運(yùn)行安全高效。