CN109840770A - 一种智能合约执行方法及智能合约执行系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能合约执行方法及智能合约执行系统，该方法包括：通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息；当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果；接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。本发明主要基于对智能合约及其执行过程的隐私进行保护，采用同态映射的方法，确保在加密的密文上进行智能合约的正确执行，并同时达到保护隐私的目的。

Description

一种智能合约执行方法及智能合约执行系统

技术领域

本发明涉及区块链安全技术领域，尤其涉及一种智能合约执行方法及智能合约执行系统。

背景技术

智能合约的发明是区块链发展的重要推动力，在完全开源的环境下，智能合约以一种透明的方式向所有人，甚至包括利益无关方，展示所有的细节。可以理解为一种分布式的计算引擎，当用户按照某种接口标准写好函数之后，就会提交到所有的节点运行。通常这种函数是现实中某种合同的具体实现。比较熟知的是以太坊平台上的ERC(EthereumRequest for Comments，以太坊开发者提交的协议提案)20合约标准。

智能合约的目的是使得利益相关方可以共同监督合同的具体执行，具有以下的特点：公开透明，任何人可查；不可篡改，自动执行；可追溯。

然而，在显示应用中，商业利益相关方的具体合约执行条款，是不可能放到公共网络的，尤其是不可能让利益无关方进行查看追溯，所以，把合约简单的放到公链上，不能满足商业隐私保护的需求。

目前，智能合约的实施，主要是合约方共同撰写合约的函数，让后多方确认之后，提交到公链上，开始执行。在具体的某个事件，某个时间到达之后，合约自动检查有关方账户里的通证余额，进行自动化的账户操作，比如：转账，锁定，限额，解锁等等。这一切都是发生在明文操作的环境中。因此，目前的智能合约及其执行过程完全公开，没有隐私，很不安全。

因此，提供一种智能合约执行方法及智能合约执行系统。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的智能合约执行方法及智能合约执行系统，解决了智能合约及其执行过程完全公开，没有隐私，很不安全的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种智能合约执行方法，包括以下步骤：

通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息；

当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果；

接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。

进一步地，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密的步骤包括：

将预先为区块链账户生成的公钥作为同态加密算法的输入参数，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密；

通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密的步骤包括：

将预先为区块链账户生成的与所述公钥对应的私钥作为解密算法的输入参数，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密。

进一步地，上述智能合约执行方法，执行智能合约之前，还包括：

将智能合约提交至区块链上，并通过同态加密算法对智能合约的接口参数进行加密。

进一步地，上述智能合约执行方法，将智能合约提交至区块链上之后，还包括：

对智能合约的接口、注释和函数内容进行加密。

进一步地，对加密后元信息进行运算的步骤包括：对加密后元信息进行算术运算、关系比较运算和逻辑运算中的一种或几种。

根据本发明的另一方面，提供一种智能合约执行系统，包括：

元信息加密模块，用于通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息；

同态加密运算模块，用于当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果；

明文运算结果获取模块，用于接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。

进一步地，元信息加密模块，还用于将预先为区块链账户生成的公钥作为同态加密算法的输入参数，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密；

明文运算结果获取模块，还用于将预先为区块链账户生成的与所述公钥对应的私钥作为解密算法的输入参数，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密。

进一步地，上述智能合约执行系统，还包括：

接口参数加密模块，用于执行智能合约之前，将智能合约提交至区块链上，并通过同态加密算法对智能合约的接口参数进行加密。

进一步地，上述智能合约执行系统，还包括：

智能合约内容加密模块，用于将智能合约提交至区块链上之后，对智能合约的接口、注释和函数内容进行加密。

进一步地，同态加密运算模块，还用于对加密后元信息进行算术运算、关系比较运算和逻辑运算中的一种或几种。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1.本发明主要基于对智能合约及其执行过程的隐私进行保护，采用同态映射的方法，确保在加密的密文上进行智能合约的正确执行，以同时达到保护隐私的目的，并结合利用智能合约的优点。

2.本发明采用同态映射，并且改变在区块链账户地址中的元信息存储方法，在密文上进行合约有关的数值操作，确保结果正确，同时确保没有任何一方可以看到文本和数值信息。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的智能合约执行方法步骤图；

图2是本发明的智能合约执行系统框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是本发明的智能合约执行方法步骤图，参见图1，本发明提供的智能合约执行方法，包括以下步骤：

S110，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息。

具体地，可将预先为区块链账户生成的公钥作为同态加密算法的输入参数，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密。更详细地，在底层区块链平台上，提供计算加密后元信息的接口给合同方。合同方把账户的元信息，包括账户初始金额，用各自的公钥S加密得到加密后元信息。例如，当A和B为区块链账户的元信息时，E(A)和E(B)为加密后元信息。在这里，对区块链账户的元信息进行加密存储，确保元信息的隐私安全。其中，公钥和私钥是非对称加密算法，当使用非对称加密算法时，会生成两把配对的密钥，私钥最好加上密码，无需传输，主要是用来解密的。公钥主要是用来加密。当利用了其中一把钥匙加密信息时，只有配对的另一把钥匙才能解密，所以公钥和私钥形成了唯一对应的关系。因此，区块链账户的元信息的存储方式非常安全。

S120，当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果。

智能合约执行时，当需要执行操作元信息数据时，例如数目加和，调用加密后元信息进行加和，得到的加和值存储至区块。其中，同态加密算法公式如下：

E(A op B)＝E(A)op E(B)

其中，A和B为区块链账户的元信息，op为A与B之的运算关系，E(A op B)为对A与B的运算结果进行加密，E(A)和E(B)为加密后元信息。

S130，接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。

具体地，可将预先为区块链账户生成的与所述公钥对应的私钥作为解密算法的输入参数，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密。更详细地，当智能合约执行完成，合约方需要查看结果时，录入与公钥S相应的私钥S，调用解密算法对加密运算结果进行解密，得到明文运算结果。其中，通过以下公式对加密运算结果进行解密，获取明文运算结果：

E^-1(E(A op B))＝A op B

其中，A和B为区块链账户的元信息，op为A与B之的运算关系，E(A op B)为对A与B的运算结果进行加密，E^-1(E(A op B))为对E(A op B)的解密结果。此时通过采用同态加密，在密文上操作的结果解密之后，和在明文上的操作结果一样。

本发明的智能合约执行方法主要基于对智能合约及其执行过程的隐私进行保护，采用同态映射的方法，确保在加密的密文上进行智能合约的正确执行，以同时达到保护隐私的目的，并结合利用智能合约的优点，以在保护智能合约隐私的同时还利用了区块链的先进特性。

本发明的智能合约执行方法采用同态映射，并且改变在区块链账户地址中的元信息存储方法，在密文上进行合约有关的数值操作，确保结果正确，同时确保没有任何一方可以看到文本和数值信息。

进一步地，上述智能合约执行方法，执行智能合约之前，还包括：

将智能合约提交至区块链上，并通过同态加密算法对智能合约的接口参数进行加密。

此时，通过对智能合约的接口参数加密，确保了智能合约的隐私性，从而提高了安全性，且接口参数采用加密元信息相同的加密方法加密，使得接口参数作为密文能够参与加密后元信息的运算。

进一步地，上述智能合约执行方法，将智能合约提交至区块链上之后，还包括：

对智能合约的接口、注释和函数内容进行加密。

此时，通过对智能合约的接口本身、注释、函数内容等进行加密，进一步确保了智能合约的隐私性，提高了安全性。

具体地，智能合约提交到区块链上时，可采用任意加密方法加密接口、注释和函数内容，在这里，对智能合约进行保密，确保区块链上的保密运算。

进一步地，对加密后元信息进行运算的步骤包括：对加密后元信息进行算术运算、关系比较运算和逻辑运算中的一种或几种。其中，算术运算用于对密文进行加减乘除运算，关系比较运算用于对密文进行关系比较运算，逻辑运算用于对密文进行异或运算。

具体地，当对加密后元信息进行加和运算时，可利用变形E1Gamal算法、Goldwasser-Micali概率加密算法、Benaloh算法、Paillier算法、Okamoto-Uchiyama算法、Damgard-Jurik算法、Boneh-Goh-Nissim加密算法中任一项同态加密算法获取加密运算结果。其中，变形E1Gamal算法、Goldwasser-Micali概率加密算法、Benaloh算法、Paillier算法、Okamoto-Uchiyama算法、Damgard-Jurik算法均为部分同态加密算法，具体为具有加法同态的加密算法，具体为E(A+B)＝E(A)+E(B)。Boneh-Goh-Nissim加密算法为全同态加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法，具体为E(A op B)＝E(A)op E(B)，其中，op可以为加法和乘法。

当对加密后元信息进行乘法运算时，可利用Naccache-Stern算法、Boneh-Goh-Nissim加密算法中任一项同态加密算法获取加密运算结果。其中，Naccache-Stern算法为部分同态加密算法，具体为具有乘法同态的加密算法，具体为E(A*B)＝E(A)*E(B)。Boneh-Goh-Nissim加密算法为全同态加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法，具体为E(A op B)＝E(A)op E(B)，其中，op可以为加法和乘法。

当对加密后元信息进行加和运算和乘法运算时，可利用Boneh-Goh-Nissim加密算法获取加密运算结果。其中，Boneh-Goh-Nissim加密算法为全同态加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法。

当对加密后元信息进行异或运算时，利用Goldwasser—Micali概率加密算法获取加密运算结果，具体为E(A⊕B)＝E(A)⊕E(B)。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

图2是本发明的智能合约执行系统框图，如图2所示，本发明提供的智能合约执行系统，包括：

元信息加密模块201，用于通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息；

同态加密运算模块202，用于当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果；

明文运算结果获取模块203，用于接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。

同态加密运算模块中，同态加密算法公式如下：

E(A op B)＝E(A)op E(B)

其中，A和B为区块链账户的元信息，op为A与B之的运算关系，E(A op B)为对A与B的运算结果进行加密，E(A)和E(B)为加密后元信息。

明文运算结果获取模块中，通过以下公式对加密运算结果进行解密，获取明文运算结果：

E^-1(E(A op B))＝A op B

其中，A和B为区块链账户的元信息，op为A与B之的运算关系，E(A op B)为对A与B的运算结果进行加密，E^-1(E(A op B))为对E(A op B)的解密结果。

本发明的智能合约执行系统主要基于对智能合约及其执行过程的隐私进行保护，采用同态映射的方法，确保在加密的密文上进行智能合约的正确执行，以同时达到保护隐私的目的，并结合利用智能合约的优点，以在保护智能合约隐私的同时还利用了区块链的先进特性。

本发明的智能合约执行系统采用同态映射，并且改变在区块链账户地址中的元信息存储方法，在密文上进行合约有关的数值操作，确保结果正确，同时确保没有任何一方可以看到文本和数值信息。

进一步地，元信息加密模块，还用于将预先为区块链账户生成的公钥作为同态加密算法的输入参数，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密；

明文运算结果获取模块，还用于将预先为区块链账户生成的与所述公钥对应的私钥作为解密算法的输入参数，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密。

进一步地，上述智能合约执行系统，还包括：

接口参数加密模块，用于执行智能合约之前，将智能合约提交至区块链上，并通过同态加密算法对智能合约的接口参数进行加密。

进一步地，上述智能合约执行系统，还包括：

智能合约内容加密模块，用于将智能合约提交至区块链上之后，对智能合约的接口、注释和函数内容进行加密。

进一步地，同态加密运算模块，还用于对加密后元信息进行算术运算、关系比较运算和逻辑运算中的一种或几种。其中，算术运算用于对密文进行加减乘除运算，关系比较运算用于对密文进行关系比较运算，逻辑运算用于对密文进行异或运算。

具体地，当对加密后元信息进行加和运算时，可利用变形E1Gamal算法、Goldwasser-Micali概率加密算法、Benaloh算法、Paillier算法、Okamoto-Uchiyama算法、Damgard-Jurik算法、Boneh-Goh-Nissim加密算法中任一项同态加密算法获取加密运算结果。其中，变形E1Gamal算法、Goldwasser-Micali概率加密算法、Benaloh算法、Paillier算法、Okamoto-Uchiyama算法、Damgard-Jurik算法均为部分同态加密算法，具体为具有加法同态的加密算法，具体为E(A+B)＝E(A)+E(B)。Boneh-Goh-Nissim加密算法为全同态加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法，具体为E(A op B)＝E(A)op E(B)，其中，op可以为加法和乘法。

当对加密后元信息进行乘法运算时，可利用Naccache-Stern算法、Boneh-Goh-Nissim加密算法中任一项同态加密算法获取加密运算结果。其中，Naccache-Stern算法为部分同态加密算法，具体为具有乘法同态的加密算法，具体为E(A*B)＝E(A)*E(B)。Boneh-Goh-Nissim加密算法为全同态加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法，具体为E(A op B)＝E(A)op E(B)，其中，op可以为加法和乘法。

当对加密后元信息进行加和运算和乘法运算时，可利用Boneh-Goh-Nissim加密算法获取加密运算结果。其中，Boneh-Goh-Nissim加密算法为全同态加密算法，具体为同时具有加法同态和乘法同态的加密算法。

当对加密后元信息进行异或运算时，可利用Goldwasser—Micali概率加密算法获取加密运算结果，具体为E(A⊕B)＝E(A)⊕E(B)。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明一实施例还提供了一种智能合约执行系统，包括处理器，存储器，存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：

对区块链账户的元信息进行加密，获取加密后元信息；

将智能合约提交至区块链上，并对智能合约进行加密；

当执行智能合约时，调用加密后元信息，通过同态加密算法对加密后元信息进行运算，获取加密运算结果；

对加密运算结果进行解密，获取明文运算结果。

可选的，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：

区块链账户生成一对公钥和私钥，该公钥对区块链账户的元信息进行加密，该私钥对加密运算结果进行解密。

可选的，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：

当对加密后元信息进行加和运算时，利用变形E1Gamal算法、Goldwasser-Micali概率加密算法、Benaloh算法、Paillier算法、Okamoto-Uchiyama算法、Damgard-Jurik算法、Boneh-Goh-Nissim加密算法中任一项同态加密算法获取加密运算结果。

可选的，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：

当对加密后元信息进行乘法运算时，利用Naccache-Stern算法、Boneh-Goh-Nissim加密算法中任一项同态加密算法获取加密运算结果。

可选的，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：

当对加密后元信息进行加和运算和乘法运算时，利用Boneh-Goh-Nissim加密算法获取加密运算结果。

本发明一实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现上述智能合约执行方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能合约执行方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息；

当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果；

接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。

2.根据权利要求1所述的智能合约执行方法，其特征在于，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密的步骤包括：

将预先为区块链账户生成的公钥作为同态加密算法的输入参数，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密；

通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密的步骤包括：

将预先为区块链账户生成的与所述公钥对应的私钥作为解密算法的输入参数，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密。

3.根据权利要求1所述的智能合约执行方法，其特征在于，执行智能合约之前，还包括：

将智能合约提交至区块链上，并通过同态加密算法对智能合约的接口参数进行加密。

4.根据权利要求3所述的智能合约执行方法，其特征在于，将智能合约提交至区块链上之后，还包括：

对智能合约的接口、注释和函数内容进行加密。

5.根据权利要求1所述的智能合约执行方法，其特征在于，对加密后元信息进行运算的步骤包括：对加密后元信息进行算术运算、关系比较运算和逻辑运算中的一种或几种。

6.一种智能合约执行系统，其特征在于，包括：

元信息加密模块，用于通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密，获得加密后元信息；

同态加密运算模块，用于当执行智能合约时，调用加密后元信息，根据智能合约对加密后元信息进行运算，获得加密运算结果；

明文运算结果获取模块，用于接收到查询请求时，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密，获得明文运算结果。

7.根据权利要求6所述的智能合约执行系统，其特征在于，元信息加密模块，还用于将预先为区块链账户生成的公钥作为同态加密算法的输入参数，通过同态加密算法对区块链账户的元信息进行加密；

明文运算结果获取模块，还用于将预先为区块链账户生成的与所述公钥对应的私钥作为解密算法的输入参数，通过同态加密算法对应的解密算法对加密运算结果进行解密。

8.根据权利要求6所述的智能合约执行系统，其特征在于，还包括：

接口参数加密模块，用于执行智能合约之前，将智能合约提交至区块链上，并通过同态加密算法对智能合约的接口参数进行加密。

9.根据权利要求8所述的智能合约执行系统，其特征在于，还包括：

智能合约内容加密模块，用于将智能合约提交至区块链上之后，对智能合约的接口、注释和函数内容进行加密。

10.根据权利要求6所述的智能合约执行系统，其特征在于，同态加密运算模块，还用于对加密后元信息进行算术运算、关系比较运算和逻辑运算中的一种或几种。