基于区块链技术的公平合约交换协议的实现.pdf

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2021-01-28

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软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn

Journal of Software,2020,31(12):3867−3879 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.005880] http://www.jos.org.cn

基于区块链技术的公平合约交换协议的实现

∗

于

雷

1,2

赵晓芳

孙

毅

张

珺

张瀚文

王柯元

1,2

贾林鹏

1,2

金

岩

胡

斌

1,2

(中国科学院大学,北京 100049)

(中国科学院计算技术研究所,北京 100190)

(内蒙古大学,内蒙古呼和浩特 010021)

通讯作者: 于雷, E-mail: yulei2008@ict.ac.cn

摘要: 当前的区块链技术,只在链上实现了“利益”的可信传递,而对应的“责任”传递还未有对应的链上实现,其

关键问题是“责任”的载体及“责任”传递的接收确认.只包含“利益”的链上传递,因此,链上建立的信任关系是单向的,

无法建立传递发起方对接收方的信任.从线上公平合约交换协议研究出发,给出了无可信第三方的、基于区块链技

术的、确定性的线上公平合约交换协议的实现,同时改变了目前交易类型区块链技术的单向信任关系,通过附加协

议,在区块链参与节点之间建立了多向信任关系.改造交易类型的区块链数据结构,将交易类型区块链的交易内容转

换为待签合约,多方之间发送“转账”交易单,在链内共识协议的控制下,实现多方之间对合约不可抵赖的签名确认.

本协议规定:多方在链接的交易单之中完成随机顺序签名确认后,为合约生效的唯一确认.由于区块链交易数据的公

开性、不可篡改性和不可否认性,避免了合约任何一方的作弊行为,既保证了合约交换过程的公平性,也保证了合约

交换完毕之后的均势.同时,为多方合约提供了实时动态管理功能,包括合约内容的追加、更新和删除.最后讨论了

该协议的公平性、隐私性及共识机制的选择问题.

关键词: 公平合约交换协议;区块链;双向信任;合约更新;隐私

中图法分类号: TP3

中文引用格式: 于雷,赵晓芳,孙毅,张珺,张瀚文,王柯元,贾林鹏,金岩,胡斌.基于区块链技术的公平合约交换协议的实现.软件

学报,2020,31(12):3867−3879. http://www.jos.org.cn/1000-9825/5880.ht m

英文引用格式: Yu L, Zhao XF, Sun Y, Zhang J, Zhang HW, Wang KY, Jia LP, Jin Y, Hu B. Implementation of fair contract

signing proto col based on blockchain technology. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2020,31(12):3867−3879 (in Chinese).

http://www.jos.org.cn/1000-9825/5 880.htm

Implementation of Fair Contract Signing Protocol Based on Blockchain Technology

YU Lei

1,2

, ZHAO Xiao-Fang

, SUN Yi

, ZHANG Jun

, ZHANG Han-Wen

, WANG Ke-Yuan

1,2

JIA Lin-Pe ng

1,2

, JIN Yan

, HU Bin

1,2

(University of Chinese Academy of S ciences, Beijing 10 0049, Chin a)

(Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)

(Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China)

∗ 基金项目:国家自然科学基金(61202413, 61672499, 61772502);北京市科技计划(Z181100003218018); 内蒙古自然科学基金, 北

京邮电大学网络与交换技术重点实验室课题(SKLNST-2016-2-09); 区块链与分布式应用技术联合实验室课题; 中科海南区块链技

术联合实验室课题

Foundation item: National Natural Science Foundation of China (61202413, 61672499, 61772502); Key Special Project of Beijing

Municipal Science & Technology Commission (Z181100003218018); Natural Science Foundation of Inner Mongolia, China; Open

Foundation of State Key Laboratory of Networking and Switching Technology (Beijing University of Posts and Telecommunications,

SKLNST-2016-2-09); SV-ICT Blockchain & DAPP Joint Lab; ICT-SSC Blockchain Joint Lab

收稿时间: 2018-03-28; 修改时间: 2018-10-18, 2019-03-30, 2019-07-12; 采用时间: 2019-0 8-05; jo s 在线出版时间: 2019-11-06

CNKI 网络优先出版: 2019-11-06 11:49:18, http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2560.TP.20191106.1148.008.html

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Journal of Software 软件学报 Vol.31, No.12, December 2020

Abstra ct : The current b lockchain t echnology onl y r ealizes the credible tr ansmission of “int erests” in the n etwork, and the corresponding

“responsibility” transmission has not been implemented. The key scientific questions are what is the carrier of “responsibility” and how

the receipt of the “responsibilit y” is confirmed. Only the “interest” is p assed on the blockchain network. Ther efore, this status quo causes

the trust relationship establish ed on th e blockcha in to be one-way, and it is i mpossible to establish th e trust of th e origin ator to the r eceiver.

This paper presents the realization of deterministic fair contract signing protocol based on blockchain technology without trusted third

party, which changes th e one-way trust relation ship of the tr ansaction blockchain t echnology and establishes a multi-way trust relationship

between the nodes participating in the blockchain throug h an additional protocol. The transaction content in blockchain is replaced by the

contract to be signed, then, conduct “transfer” transactions between multiple parties, to achieve multi-party sign the contract in the

random order. It is the only confirmation that the contr act is effective when multiple parties compl ete the sequential signature among the

linked tickets. Due to the openness, tampering, and non-repudiation of the blockchain transaction data, the cheat of any party in the

contract is avoided, the fairness of the contract exchange process is guaranteed, and the balance between multiple parties is com pl et ed

after the contract exchange. At the same time, this protocol provides real-time, dynamic management of multi-party contracts, including

the addition, renewal and deletion of contract content. Finally, the paper discusses the fairness, privacy and the choice of blockchain

consensus.

Key words: fair contract signing protocol; b lockchain; t wo-way trust; contract r enewal; priv acy

1 引言

1.1 公平合约交换协议

在社会生活中涉及多方经济利益及法律责任的数据,最终呈现为多种形式的合约(保险合同、银行存单等).

在以纸质材料为存证要素时,通常情况下,利益和责任各方相互留存纸质材料作为存证是可行的,因为纸质材料

包含了各方的签名、指纹、印章、身份证复印件等内容,并且在线下可以保证双方同时公平获得对方签署的纸

质合约,这样即可作为具有法律效力的存证数据.在数字化深入发展的今天,只有将纸质合约电子化、数字化、

去纸化,才能利用目前信息技术和大数据技术优势,提高存证数据管理的效率.

涉及“多方利益及责任”的合约数据数字化之后,通过 PKI/CA 体系的非对称密钥数字签名机制,可以实现对

合同内容的安全加密传输及单方确认签字;通过单向哈希摘要算法,可以验证合约数据的完整性,并能提高数字

签名的效率.除此之外,确保电子合约的公平交换协议(fair contract signing protocol,简称 FCSP)是实现线上电子

合约签署的必要条件.公平交换协议指的是:双方通过网络相互发送经过己方数字签名的合约数据,合约内容对

双方来说都是公平的(公平是指合约内容即包括双方的“利益”,也包括双方的“责任”),数字签名都是可由对方验

证的.在双方互不信任的情况,合约的交换过程要保证公平性,也就是说,不管交换过程成功与否(可能网络故障

意外终止交换过程、也可能某一方恶意终止交换过程),都应该使得交换的双方处于均势.如果合约签署交换过

程正常进行,双方都能得到各自所需的数据(对方的数字签名);如果交易过程异常终止(包括协

议某一方的恶意

终止),任何一方(包括恶意终止的一方)都不占优势.公平合约交换协议要解决的不仅仅是节点异常或网络异常

的行为,而是要解决任何一方作弊时(为了逃避合约“责任”,或是为了获得不公平“利益”), 在被诚实的一方举证

后,经过第三方仲裁,都不能否认诚实方的合约利益,也不能否认己方的合约责任.实现公平合约交换协议,可以

划分为两种类型:(1) 有可信第三方(trusted third party,简称 TTP)的实现方式;(2) 无可信第三方的实现方式.

1.2 区块链技术

近年,以比特币

[1]

为代表的数字货币实践获得广泛关注,数字货币的底层技术平台是区块链(blockchain)技

术,区块链的核心协议可以概括为以下几个技术术语的组合:P2P 网络、基于非对称密钥机制的签名验证、全网

共同遵守的当前时间段交易信息共识、基于单向 HASH 算法的交易历史链式数据结构,这在中本聪的论文

《Bitcoin: a peer-to-peer electronic cash syste m》进行了详细的描述.区块链的出现,解决了数字货币的两大问题:

双重支付问题以及拜占庭将军问题

[2−7]

.区块链技术在去中心化的金融、保险、支付、公证等领域有广阔的应

用前景.当前,区块链技术的设计初衷与应用推广方面矛盾日益突出,鉴于此,国内外的学者在区块链基础架构、

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