CN113570373B

CN113570373B - 一种基于区块链的可追责交易方法及系统

Info

Publication number: CN113570373B
Application number: CN202111110316.2A
Authority: CN
Inventors: 蒋芃; 杨晨杰; 祝烈煌
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2041-09-23
Also published as: CN113570373A

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种基于区块链的可追责交易方法及系统，包括建立与用户身份信息绑定的账户；以所述账户为节点，构建梅克尔树；所述节点包括余额和预设的追责规则；按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额；其中，所述发送账户和接收账户根据交易金额更新余额，其他账户更新前后余额不变。本说明书实现一种基于账户的交易方法，能够保护交易双方账户及交易金额的隐私性，并具有追责功能。

Description

一种基于区块链的可追责交易方法及系统

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链的可追责交易方法及系统。

背景技术

目前，基于区块链的交易模式主要有基于未花费交易输出（Unspent TransactionOutput，UTXO）的交易模式和基于账户的交易模式。在基于UTXO的交易模式中，区块中记录的是每一笔交易（转账记录）而非账户余额，由于不同交易可对应不同的交易地址，因而该模式能够确保交易的隐私性，但是该模式难以支持可追责，无法适用于监管机构在特定场景下的应用需求。在基于账户的交易模式中，使用全局状态存储账户信息（包括余额、合约代码等），交易后，更新交易双方的状态，不具有交易的隐私性。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种基于区块链的可追责交易方法及系统，能够保证交易隐私性，同时支持可追责。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种基于区块链的可追责交易方法，包括：

建立与用户身份信息绑定的账户；

以所述账户为节点，构建梅克尔树；所述节点包括余额和预设的追责规则；

按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额；其中，所述发送账户和接收账户根据交易金额更新余额，其他账户更新前后余额不变。

可选的，所述追责规则为特定期限内的最大交易金额；

按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易为：在所述特定期限内，发送账户与接收账户的交易金额小于等于所述最大交易金额。

可选的，所述追责规则为记录非法交易账户的黑名单；

按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易为：发送账户和接收账户查询黑名单，响应于发送账户和接收账户不在黑名单中，确定发送账户和接收账户为合法账户，发送账户与接收账户进行交易。

可选的，对于记录于所述黑名单中的账户，追踪该账户所对应的用户及该账户的交易内容。

可选的，所述追责规则为应缴税款；

按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易为：发送账户与接收账户的交易金额为应缴税款。

可选的，所述追责规则为冻结账户；

按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易为：发送账户和/或接收账户为冻结账户，发送账户与接收账户停止交易。

可选的，任一账户在其他账户的交易账户集中为匿名账户；发送账户与接收账户的交易金额基于同态承诺和零知识证明隐藏。

可选的，发送账户与接收账户的交易金额基于同态承诺和零知识证明隐藏，包括：

发送账户根据交易金额生成接收账户和其他账户的承诺；其中，发送账户与接收账户之间的交易金额为实际的交易金额，发送账户与其他账户之间的交易金额为0；

发送账户与接收账户完成交易后，更新所有账户的余额，利用零知识证明确定接收账户的承诺为实际的交易金额对应的承诺，其他账户的承诺为交易金额为0的承诺。

可选的，所述发送账户和接收账户根据交易金额更新余额为，发送账户更新后的余额减少所述交易金额，接收账户更新后的余额增加所述交易金额。

本说明书实施例还提供一种基于区块链的可追责交易系统，包括：

账户模块，用于建立与用户身份信息绑定的账户；

账户信息构建模块，用于以所述账户为节点，构建梅克尔树；所述节点包括余额和预设的追责规则；

交易模块，用于按照所述追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额；其中，所述发送账户和接收账户根据交易金额更新余额，其他账户更新前后余额不变。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的基于区块链的可追责交易方法及系统，通过建立与用户身份信息绑定的账户，以账户为节点，构建梅克尔树，按照追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额，发送账户和接收账户根据交易金额更新余额，其他账户更新前后余额不变。本说明书的交易方法，能够保护交易双方账户及交易金额的隐私性，并具有追责功能。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书一个或多个实施例的方法流程示意图；

图2为本说明书一个或多个实施例的区块数据结构示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例的承诺生成示意图；

图4A为本说明书一个或多个实施例的一个实验组的生成承诺实验结果示意图；

图4B为本说明书一个或多个实施例的一个实验组的更新余额实验结果示意图；

图5A为本说明书一个或多个实施例的另一个实验组的生成承诺实验结果示意图；

图5B为本说明书一个或多个实施例的另一个实验组的更新余额实验结果示意图；

图6为本说明书一个或多个实施例的系统结构框图；

图7为本说明书一个或多个实施例的电子设备示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，在基于UTXO的交易模式中，由于每笔交易的接收地址可以不同，可保证交易的隐私性，但是，对于监管机构在调查洗钱、非正常融资等非法交易时很难实现追责。在基于账户的交易模式中，交易完成后即更新交易双方的状态，未能实现交易双方的隐私性。

有鉴于此，本说明书实施例提供一种基于区块链的可追责交易方法，在基于账户的交易模式中，通过更新所有账户的状态实现交易双方的隐私保护，同时能够基于账户实现追责。

以下，通过具体的实施例进一步详细说明本公开的技术方案。

如图1、2所示，本说明书实施例提供一种基于区块链的可追责交易方法，包括：

S101：建立与用户身份信息绑定的账户；

本实施例中，为实现追责功能，建立与用户身份信息一一对应的账户，注册账户时，使用用户的身份证、护照或其他身份证明开户，身份验证通过后才可获得账户，监管机构可根据账户追踪到相应的用户，获得用户的所有交易内容，并对用户的交易状态进行监管。

S102：以账户为节点，构建梅克尔树；节点包括余额和预设的追责规则；

本实施例中，利用梅克尔树维护所有的账户，每个账户是梅克尔树的节点。节点中保存的账户信息包括序列号、余额、设定的追责规则、合约代码以及存储数据等；其中，序列号用于限定每笔交易只能处理一次；余额是账户的所有交易的余额累计，交易的余额是账户的收入减去支出；合约代码是智能合约中的合约代码；存储数据包括共识过程中的相关数据等；追责规则包括但不限于最大交易金额、应缴税款、账户合法性、冻结账户等等，具体规则可根据监管机构的要求进行设定，本实施例不做具体限定。

如图2所示，一些方式中，区块链中的区块包括区块头和区块体两部分，区块头保存梅克尔树的根节点、区块号和前一区块的哈希值等，区块体保存交易数据。

S103：按照追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额；其中，发送账户和接收账户根据交易金额更新余额，其他账户更新前后余额不变。

本实施例中，账户之间按照追责规则进行交易，为实现交易双方的隐私性，交易双方交易之后，所有账户均更新状态，更新时，只有交易双方的余额发生变化，其他未进行交易的账户的余额不变。

本实施例提供的基于区块链的可追责交易方法，包括建立与用户身份信息绑定的账户，以账户为节点，构建梅克尔树，按照追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额；一方面，账户与用户身份信息绑定，便于根据异常交易追踪用户，另一方面，交易双方需按照追责规则进行交易，实现追责功能，一旦某个账户违反追责规则进行交易，可根据异常交易追踪用户，并获得用户的所有交易内容，监管用户的交易状态；第三方面，交易双方完成交易后，不是仅更新交易双方的状态，而是更新所有账户的状态，实现账户的隐私保护。

一些实施例中，追责规则为特定期限内的最大交易金额；按照追责规则，发送账户与接收账户交易为：在特定期限内，发送账户与接收账户的交易金额小于等于最大交易金额。通过限制最大交易金额数，防止交易金额超过限额，既可提醒用户交易安全，又有利于监管和追责。可选的，特定期限内的最大交易金额可以是每日限额、每月限额、单笔限额等等，具体不做限定。

一些方式中，节点中保存的账户信息还包括特定期限内的累计交易总金额，且累计交易总金额和余额均以承诺形式保存，保证交易金额的隐私性。

一些实施例中，追责规则为记录非法交易账户的黑名单；按照追责规则，发送账户与接收账户交易为：发送账户和接收账户查询黑名单，响应于发送账户和接收账户不在黑名单中，确定发送账户和接收账户为合法账户，发送账户与接收账户进行交易。监管机构和区块链共同维护黑名单，无需每个节点都保存一份黑名单，可以指定部分节点维护黑名单，当其他节点需要查询黑名单时，向指定节点提交申请查看黑名单即可。一旦发现进行非法交易的账户，即将非法交易账户及其关联账户添加于黑名单中，并同步更新监管机构和区块链中的黑名单，可根据记录于黑名单中的账户追踪用户及该账户的所有交易内容，便于利用黑名单对非法交易账户进行监管。

一些方式中，可通过数据分析、计算等多种因素结合经验，将异常的资金交易或是进行异常操作的账户识别为非法交易的账户，本实施例不对有关异常账户的识别方法进行具体分析说明。

一些实施例中，追责规则为应缴税款；按照追责规则，发送账户与接收账户交易为：发送账户与接收账户的交易金额为应缴税款。本示例的应用场景可以是，税务机构对其管辖区内的纳税企业进行税收管理，可设定各企业的应缴税款，各纳税企业按照应缴税款向税务机构缴税。另一些场景中，可设定纳税个人的应缴税款，到达缴税期限后，纳税个人账户必须缴纳应缴税款。这样，如果有企业或个人企图逃税，监管机构可根据账户追踪到企业或个人，实现追责功能，方便税收管理。

一些实施例中，追责规则为冻结账户；按照追责规则，发送账户与接收账户交易为：发送账户和/或接收账户为冻结账户，发送账户与接收账户停止交易。利用本实施例的方法，对于已经确定为洗钱账户或者疑似洗钱账户或者可能进行其他非法交易的账户，可通过设置追责规则，冻结该账户，禁止有关该账户的交易，同时可追踪该账户所涉及的交易内容和交易状态等记录于区块链上的信息，对该账户进行监管，实现追责。另外，对于冻结账户，用户可通过举证进行解冻，解冻之后可正常进行交易。

一些实施例中，任一账户在其他账户的交易账户集中为匿名账户；发送账户与接收账户的交易金额基于同态承诺和零知识证明隐藏。这样，在基于账户的交易过程中，账户所拥有的交易账户集中的账户均为匿名账户，避免账户信息暴露，可实现发送账户、接收账户的隐私保护；交易双方基于同态承诺协议和零知识证明进行交易，避免交易金额暴露，可实现交易金额的隐私保护。

结合图3所示，一些实施方式中，假设存在n个账户{U₁，U₂，…，U_n}，发送账户U_s向接收账户U_t转移X个货币，即交易金额为X，交易双方U_s、U_t查询黑名单，判断交易对方是否在黑名单中，如果交易双方均不在黑名单中，交易双方均为合法账户；接着，判断发送账户U_s的余额是否大于等于交易金额，如果当前的余额大于等于交易金额，继续进行交易；发送账户 U_s生成n-1个承诺c₁,c₂,…,c_s-1,c_s+1,…,c_n，其中，生成承诺的方法是：发送账户选择n-1个随机数

，计算：

（1）

（2）

其中，g、h是生成元，

，G是一个素数p阶循环群；

，

且

，对于接收账户，b_t=1，

，

，对于其他账户，b_i=0。即，发送账户与接收账户之间的交易金额为实际的交易金额X，而发送账户与其他账户之间的交易金额实际上为 0，也可以表示为：

（3）

发送账户与接收账户完成交易后，更新所有账户的余额，利用零知识证明确定承诺c_t为交易金额X对应的承诺，其他承诺为交易金额0的承诺。其中，零知识证明表示为：

（4）

其中，

为生成的零知识证明，PoK表示零知识证明生成过程。

证明之后，更新所有账户的金额，计算方法为：

（5）

其中，发送账户更新后的余额

减少了交易金额X，接收账户更新后的余额增加了交易金额X，除交易双方账户之外的其他账户，更新前后的余额不变，至此，一笔交易完成。这样，通过同态承诺和零知识证明更新所有账户的余额，能够避免接收账户信息和转账信息泄露。

一些实施例中，基于本实施例提供的区块链的可追责交易方法，建立一种威胁模型，分析实现可追责交易方法的区块链可能面临的威胁状况。具体的，假定敌手是半诚实的，半诚实的敌手完全遵照游戏准则，但总是尝试打破既定的安全目标。敌手可能会窃听每个账户的公开状态，并试图从窃听的信息中了解交易的发送账户、接收账户和交易金额。当敌手是交易方时，敌手将试图在不被识别的情况下进行非法交易，如无限制消费、逃税和洗钱等，同时不泄露隐私。本示例中假设任何两个实体之间都没有勾结行为。

本示例对威胁模型做出以下假设：首先，敌手可以访问所有的公共信息，如记录在区块链上的状态、系统公钥和通过公共渠道传输的数据。其次，假设只有通过密钥才能获取某些特定的秘密信息，如发送账户、接收账户和交易金额，以及每个账户选择的随机数。若敌手知道获取上述信息，将直接损害整个系统的安全和隐私。但是，拥有密钥的监管机构可以在需要时获取这些秘密信息。最后，假设进行交易的货币是有效的，也即是允许花费的。威胁模型的重心是货币转移而不关注例如货币铸造之类的其他过程，也不考虑任何货币有效性的证明方法。

以下结合实验结果说明本说明书的可追责交易方法的效果。

选取配置Intel(R) Celeron(R) 3205 @1.50GHz内核的终端上实现方法, 操作系统为Linux版本，版本号是4.15.0-99-generic，内存为2G。实验中应用了PBC库，编程语言为python。实验中的参数配置为随机数r=160位，基域的阶数q=512位，从而生成一个循环群。

实验中，通过设置实验组中不同的变量来测试承诺和余额更新的时间，每个实验组中，相同配置下只有一个变量。账户数量n_i和交易金额x_i可能是影响运行效率的两个变量，通过调整两个变量的取值测试运行时间的变化。

构建两个实验组，两个实验组中构造的匿名交易账户集以及匿名交易账户集中每个账户对应的余额初始值相同。第一实验组中，交易金额设置为x=10，将账户数量作为测试变量，分别取值n₀=100，n₁=200，n₂=300，n₃=400，n₄=500，测试承诺生成时间和余额更新的时间变化。第二实验组中，账户数量设置为n=100，将交易金额x_i作为测试变量，分别取值x₀=10，x₁=100，x₂=1000，x₃=10000，x₄=100000，x₅=1000000，测试承诺生成时间和余额更新的时间变化。

结合图4A、4B所示，当n₀=100时，生成承诺的时间为0.291s，更新余额的时间为0.004秒，在n₄=500时生成承诺的时间增加到1.36秒，更新余额的时间为0.008秒。由此，生成承诺的运行时间和更新余额的时间随着账户数量的增加呈线性增加，交易账户集的大小对更新余额的影响很小，更新余额没有造成太多的计算成本。账户数量每增加100，更新余额的时间仅增加0.001秒，表明本说明书的方法能够容纳大量账户。而随着账户数量的增加，生成承诺的时间成本增加较多，这是因为生成承诺的取幂操作需要较多的计算成本，但这样的增加不会对整体交易方法产生较大影响。

结合图5A、5B所示，生成承诺的时间在0.280秒上下波动，更新余额的时间在0.0035秒上下波动，两者都在很小的范围内波动，表明交易金额对生成承诺的时间和更新金额的时间几乎没有影响，这是因为无论交易金额为多少，生成承诺所需消耗的计算成本都是相同的，而实验中所产生的时间成本的轻微波动可能是系统原因造成的。综合上述实验结果，本说明书所提供的可追责交易方法能够高效的完成各种功能。

需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

如图6所示，本说明书实施例还提供一种基于区块链的可追责交易系统，包括：

账户模块，用于建立与用户身份信息绑定的账户；

账户信息构建模块，用于以账户为节点，构建梅克尔树；节点包括余额和预设的追责规则；

交易模块，用于按照追责规则，发送账户与接收账户交易之后，所有账户更新余额；其中，发送账户和接收账户根据交易金额更新余额，其他账户更新前后余额不变。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的系统用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

图7示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线 1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、微处理器、应用专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM（Read Only Memory，只读存储器）、RAM（Random AccessMemory，随机存取存储器）、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中（图中未示出），也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块（图中未示出），以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式（例如USB、网线等）实现通信，也可以通过无线方式（例如移动网络、WIFI、蓝牙等）实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件（例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040）之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述实施例的电子设备用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路（IC）芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的（即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内）。在阐述了具体细节（例如，电路）以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构（例如，动态RAM（DRAM））可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。