CN107784580B - 一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法，收款人可以根据转账时间从公开账本上扫描计算收款公私钥对，减少数据的存储；每次交易都新生成一个新的收款地址，增强了数字货币的匿名性；隐式证书生成过程中计算量只增加一次椭圆曲线标量乘计算，可以轻松实现更强的匿名性；由交易发起者主动生成新收款地址，而不是由收款人发布的新收款地址；每个人可以只拥有一个长期公钥，新的公私钥对都可以由长期公私钥对和公开账本上的公开消息计算出来，减少存储公私钥对的空间；比较难受到交易图分析。

Description

一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法

技术领域

本发明涉及数字货币领域，尤其涉及一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法。

背景技术

在2008年底提出的比特币是第一个广泛传播的无中心数字货币。在比特币中用户使用的都是伪名，利用区块链上的公开数据通过大数据分析、交易图的结构和其他方法可以把比特币的伪名和用户的真实身份联系起来。

因此后来很多文献对无中心数字货币的隐私性进行研究，提出了各种各样的解决方案。有的使用混合支付方法，如Mixcoin，Darkcoin和Coin join，这些方法试图打乱输入和输出账号之间的关系以得到匿名性。

CryptoNote利用环签名以隐藏交易数额或交易个体。Miers等提出Zerocoin，使用零知识证明协议以加强交易的隐私性。Ben-Sasson等在Zerocoin的基础上进一步使用zk-SNARKs非交互零知识证明方法提出Zerocash方案实现匿名性和效率更强更好的数字现金系统。

当然，针对数字货币的匿名性研究还有很多文献和方法，目前Zerocash方案是匿名性最强的数字货币系统。这些无中心数字货币隐私系统在增强隐私性的同时也付出了一些代价，比如使用零知识证明使得数字货币的公开账本长度增加了，同时系统计算效率也相应降低了不少。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法，可以与比特币无缝对接，不需要零知识证明或者环签名等计算复杂且需要占用太多账本空间的密码算法。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法，所述数字货币公私钥对派生方法使用隐式证书的方式，由付款用户主动发送隐式认证结果(s,Y)，所述s含有付款用户的私钥，所述Y含有收款用户的公钥，并隐含只有收款用户可以求解出新的私钥；收款用户根据(s,Y)得到一个新公私钥对；

所述无中心数字货币交易方法是由付款用户发起，先使用所述数字货币公私钥对派生方法，使收款用户得到一个新公私钥对；然后使用所述新公钥作为接收款项的地址进行转账，转账信息包括金额、接收款项地址和付款用户对该笔交易的签名；最后由收款用户使用所述新私钥，确认转账结果；并使用所述新私钥作为消费该笔收款的签名。

进一步，对所述新公钥进行一次杂凑函数计算后再做为接收款项的地址。

进一步，所述数字货币公私钥对派生前的付款用户的公私钥对为(PK_A,sk_A)，所述PK_A为付款用户的公钥，所述sk_A为付款用户的私钥；收款用户当前的公私钥对为(PK_B,sk_B)，所述PK_B为收款用户的公钥，所述sk_B为收款用户的私钥；其中PK_A＝sk_A*G,PK_B＝sk_B*G，所述G为椭圆曲线的生成元；

所述数字货币公私钥对派生过程如下：

1)付款用户选取k∈[1,n-1]，n为椭圆曲线的阶；

2)计算Y＝PK_B+k*G；

3)计算e＝H(Y)，H(·)为杂凑函数；

4)计算s＝e*k+sk_A(mod n)；

5)付款用户公开(s,Y)和PK_A，则收款用户产生一个新公钥PK_B ^new＝e*Y+PK_A，且得到只有收款用户能计算出的新的私钥sk_B ^new＝e*sk_B+s(mod n)。

进一步，使用所述数字货币公私钥对派生方法进行数字货币交易过程包括如下步骤：

步骤S1、Owner 1对Owner 2发起转账，Owner 1使用所述数字货币公私钥对派生方法，产生隐式认证结果(s₁,Y₁)，发送给Owner 2；

步骤S2、Owner 2根据隐式认证结果(s₁,Y₁)生成新公私钥对；

步骤S3、Owner 1使用所述新公钥作为接收款项的地址进行转账；

步骤S4、Owner 2使用生成的新私钥确认收款。

进一步，所述Owner1的当前转账公私钥对为(PK₁,sk₁)，并且Owner 2的公开公钥为PK_owner2；

所述步骤S1的具体过程如下：

1)Owner 1先选取k∈[1,n-1]，n为椭圆曲线的阶；

2)计算Y₁＝PK_owner2+k*G；

3)计算e＝H(Y₁)；

4)计算s₁＝e*k+sk₁(mod n)；

5)Owner 1向Owner 2发送转账交易中的(s₁,Y₁)和Owner 1的公钥PK₁。

进一步，步骤S2包括如下过程：

1)Owner 2接收Owner 1发送的(s₁,Y₁)；

2)计算e＝H(Y₁)；

3)计算收款公钥PK₂＝e*Y₁+PK₁；

4)计算收款私钥sk₂＝e*sk_owner2+s₁(mod n)；

所述(PK₂,sk₂)为Owner 2在接收Owner 1转账时用的临时公私钥对，所述sk_owner2为Owner 2的长期私钥。

进一步，步骤3中，所述转账过程中的转账信息包括转账金额、接收款项地址和Owner 1使用私钥sk₁对该交易的签名。

进一步，所述签名是通过上一笔交易中隐含的Owner 1的公钥PK₁＝e*Y₀+PK₀进行验证。

进一步，Owner 2收到Owner 1发送转账信息后，Owner 2使用所述私钥sk₂对收款进行确认；Owner 2在使用该收款进行下一笔付款时，使用所述私钥sk₂作为付款签名。

本发明有益效果如下：

1)所述数字货币构造方法中转账人需要给收款人发送(s₁,Y₁)，也可以不发送(s₁,Y₁)，只告诉收款人转账的时间，因为(s₁,Y₁)可以从公开账本上获得，收款人可以根据转账时间从公开账本上扫描计算收款公私钥对，这样可以减少存储；

2)每次交易都新生成一个新的收款地址，增强了数字货币的匿名性；

3)隐式证书生成过程中计算量只增加一次椭圆曲线标量乘计算，可以轻松实现更强的匿名性；

4)由交易发起者主动生成新收款地址，而不是由收款人发布的新收款地址；

5)每个人可以只拥有一个长期公钥，新的公私钥对都可以由长期公私钥对和公开账本上的公开消息计算出来，减少存储公私钥对的空间；

6)比较难受到交易图分析。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为数字货币交易过程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法。

所述数字货币公私钥对派生方法：

在本发明中，针对的是无中心数字货币，不需要一个可信的CA给用户颁发证书，也不需要任何可信的节点存在，使用隐式证书的思想，由付款用户主动发送隐式认证结果(s,Y)，所述s含有付款用户的私钥，所述Y含有收款用户的公钥，并隐含只有收款用户可以求解出新的私钥；收款用户根据(s,Y)得到一个新公私钥对。

从付款用户到收款用户的新公钥生成过程如下：

设用户A(付款用户)当前的公私钥对为(PK_A,sk_A)，所述PK_A为用户A的公钥，所述sk_A为用户A的私钥；用户B(收款用户)当前的公私钥对为(PK_B,sk_B)，所述PK_B为用户B的公钥，所述sk_B为用户B的私钥；其中PK_A＝sk_A*G,PK_B＝sk_B*G，G为椭圆曲线的生成元。用户A给用户B生成公私钥对过程如下：

1)用户A选取k∈[1,n-1]，n为椭圆曲线的阶；

2)计算Y＝PK_B+k*G；

3)计算e＝H(Y)，所述H(·)杂凑函数；

4)计算s＝e*k+sk_A(mod n)。

其中，上述过程中e为临时变量，(s,Y)是隐式认证的结果，相当于用户A给用户B颁发了签名证书。s含有用户A的私钥，而Y含有用户B的公钥，隐含了用户B的身份，隐含只有用户B可以求解出新的私钥。

5)用户A向用户B公开(s,Y)和PK_A，用户B得到一个新公钥为PK_B ^new＝e*Y+PK_A，且只有用户B可计算出对应的新的私钥为sk_B ^new＝e*sk_B+s(mod n)。

所述无中心数字货币的交易方法，该方法进行数字货币交易的隐私性更强。

使用上述数字货币公私钥对派生方法进行数字货币交易，由付款用户发起，先使用所述数字货币公私钥对派生方法，使收款用户得到一个新公私钥对；然后使用所述新公钥作为接收款项的地址进行转账，转账信息包括金额、接收款项地址和付款用户对该笔交易的签名；最后由收款用户使用所述新私钥，确认转账结果。如图1所示，交易过程包括如下步骤：

步骤S1、Owner 1对Owner 2发起转账，Owner 1使用所述数字货币公私钥对派生方法，产生隐式认证结果(s₁,Y₁)，发送给Owner 2；

所述Owner1的当前转账公私钥对为(PK₁,sk₁)，并且Owner 2的公开公钥为PK_owner2，所述发起转账具体过程如下：

1)Owner 1先选取k∈[1,n-1]，n为椭圆曲线的阶；

2)计算Y₁＝PK_owner2+k*G；

3)计算e＝H(Y₁)；

4)计算s₁＝e*k+sk₁(mod n)；

5)Owner 1向Owner 2发送转账交易中的(s₁,Y₁)和Owner 1的公钥PK1。

步骤S2、Owner 2根据隐式认证结果(s₁,Y₁)生成新公私钥对；

具体过程如下：

1)Owner 2接收Owner 1发送的(s₁,Y₁)；

2)计算e＝H(Y₁)；

3)计算收款公钥PK₂＝e*Y₁+PK₁；

4)计算收款私钥sk₂＝e*sk_owner2+s₁(mod n)；

所述(PK₂,sk₂)为Owner 2在接收Owner 1转账时用的临时公私钥对，所述sk_owner2为Owner 2的长期私钥。

Owner 1给Owner 2发送(s₁,Y₁)，也可以不发送(s₁,Y₁)，只告诉Owner 2转账时间就够了，因为(s₁,Y₁)可以从公开账本上获得。

步骤S3、Owner 1使用所述新公钥作为接收款项的地址进行转账；

所述转账过程中的转账信息包括转账金额、接收款项地址和Owner 1使用私钥sk₁对该交易的签名；所述签名是通过上一笔交易中隐含的Owner 1的公钥PK₁＝e*Y₀+PK₀进行验证。

步骤S4、Owner 2使用生成的新私钥确认收款；

Owner 2收到Owner 1发送转账信息后，Owner 2使用所述私钥sk₂对收款进行确认；Owner 2在使用该收款进行下一笔付款时，使用所述私钥sk₂作为付款签名。

综上所述，本实施例所公开的无中心数字货币构造方法，收款人可以根据转账时间从公开账本上扫描计算收款公私钥对，这样可以减少存储；每次交易都新生成一个新的收款地址，增强了数字货币的匿名性；隐式证书生成过程中计算量只增加一次椭圆曲线标量乘计算，可以轻松实现更强的匿名性；由交易发起者主动生成新收款地址，而不是由收款人发布的新收款地址；每个人可以只拥有一个长期公钥，新的公私钥对都可以由长期公私钥对和公开账本上的公开消息计算出来，减少存储公私钥对的空间；比较难受到交易图分析。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于公私钥对派生的无中心数字货币交易方法，其特征在于，

所述数字货币交易 方法使用隐式证书的方式，由付款用户主动发送隐式认证结果(s,Y)，所述s含有付款用户的私钥，所述Y含有收款用户的公钥，并隐含只有收款用户可以求解出新的私钥；收款用户根据(s,Y)得到一个新公私钥对；

所述无中心数字货币交易方法是由付款用户发起，先使用所述数字货币公私钥对派生方法，使收款用户得到一个新公私钥对；然后使用所述新公钥作为接收款项的地址进行转账，转账信息包括金额、接收款项地址和付款用户对该笔交易的签名；最后由收款用户使用所述新私钥，确认转账结果；并使用所述新私钥作为消费该笔收款的签名。

2.根据权利要求1所述的交易方法，其特征在于，对所述新公钥进行一次杂凑函数计算后再做为接收款项的地址。

3.根据权利要求1或2所述的交易方法，其特征在于，

所述数字货币公私钥对派生前的付款用户的公私钥对为(PK_A,sk_A)，所述PK_A为付款用户的公钥，所述sk_A为付款用户的私钥；收款用户当前的公私钥对为(PK_B,sk_B)，所述PK_B为收款用户的公钥，所述sk_B为收款用户的私钥；其中PK_A＝sk_A*G,PK_B＝sk_B*G，所述G为椭圆曲线的生成元；

所述数字货币公私钥对派生过程如下：

1)付款用户选取k∈[1,n-1]，n为椭圆曲线的阶；

2)计算Y＝PK_B+k*G；

3)计算e＝H(Y)，H(·)为杂凑函数；

4)计算s＝e*k+sk_A(mod n)；

5)付款用户公开(s,Y)和PK_A，则收款用户产生一个新公钥PK_B ^new＝e*Y+PK_A，且得到只有收款用户能计算出的新的私钥 sk_B ^new＝e*sk_B+s(mod n)。

4.根据权利要求1所述的交易方法，其特征在于，使用所述数字货币公私钥对派生方法进行数字货币交易过程包括如下步骤：

步骤S1、Owner 1对Owner 2发起转账，Owner 1使用所述数字货币公私钥对派生方法，产生隐式认证结果(s₁,Y₁)，发送给Owner 2；

步骤S2、Owner 2根据隐式认证结果(s₁,Y₁)生成新公私钥对；

步骤S3、Owner 1使用所述新公钥作为接收款项的地址进行转账；

步骤S4、Owner 2使用生成的新私钥确认收款。

5.根据权利要求4所述的交易方法，其特征在于，

所述Owner1的当前转账公私钥对为(PK₁,sk₁)，并且Owner 2的公开公钥为PK_owner2；

所述步骤S1的具体过程如下：

1)Owner 1先选取k∈[1,n-1]，n为椭圆曲线的阶；

2)计算Y₁＝PK_owner2+k*G；

3)计算e＝H(Y₁)；

4)计算s₁＝e*k+sk₁(mod n)；

5)Owner 1向Owner 2发送转账交易中的(s₁,Y₁)和Owner 1的公钥PK₁。

6.根据权利要求4所述的交易方法，其特征在于，

步骤S2包括如下过程：

1)Owner 2接收Owner 1发送的(s₁,Y₁)；

2)计算e＝H(Y₁)；

3)计算收款公钥PK₂＝e*Y₁+PK₁；

4)计算收款私钥sk₂＝e*sk_owner2+s₁(mod n)；

所述(PK₂,sk₂)为Owner 2在接收Owner 1转账时用的临时公私钥对，所述sk_owner2为Owner 2的长期私钥。

7.根据权利要求4所述的交易方法，其特征在于，

步骤3中，所述转账过程中的转账信息包括转账金额、接收款项地址和Owner 1使用私钥sk₁对该交易的签名。

8.根据权利要求7所述的交易方法，其特征在于，

所述签名是通过上一笔交易中隐含的Owner 1的公钥PK₁＝e*Y₀+PK₀进行验证。

9.根据权利要求4所述的交易方法，其特征在于，

Owner 2收到Owner 1发送转账信息后，Owner 2使用所述私钥sk₂对收款进行确认；Owner 2在使用该收款进行下一笔付款时，使用所述私钥sk₂作为付款签名。

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