应用最关心的当前, 区块链远没有达到大规模主流商业应用的要求, 安全性不足是主要原因之一下面介绍一种基于地理信息的安全增强型交易架构 2 地理信息对交易安全的重要性地理信息在传统交易中的应用场景地理信息一直在传统交易中发挥重要的作用, 在一些重要的商业合同中, 都会约定合同签署地, 并约

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1 北斗区块链项目白皮书 Beidou Blockchain White Paper 张蕾 Weixin: /07 V0.9 摘要本文提出了一种基于地理信息的安全增强型交易架构, 将交易的地理位置植入到交易的数据结构中这种结构既可以在交易之前或交易过程中, 作为交易的约束条件, 防止某些交易风险的发生 ; 也可以在交易以后, 针对恶意交易的排查和追踪提供有效的技术手段 1 背景比特币 [1] 自 2009 年出现以后, 为我们带来了一种新的去中心化的交易模式, 这种模式的核心就是通过技术手段构建一个最小信任系统, 从而提高交易的效率和安全性比特币底层的区块链就是这种技术的具体体现比特币之后, 又出现了上百种替代币 (Altcoins) 和其他区块链平台 ( 代表性的有 Nxt Bitshares Ripper Ethereum 等 ) 这些项目都对比特币的区块链提出了技术改进, 改进的方向主要有三种 :1) 安全性的提升 ( 如 Zerocoin); 2) 交易效率的提高 ( 如闪电网络侧链等 );3) 智能化交易功能的扩展 ( 如 Ethereum 的智能合约概念 ) 其中, 安全性的技术改进的速度最慢, 但却是商业 1

2 应用最关心的当前, 区块链远没有达到大规模主流商业应用的要求, 安全性不足是主要原因之一下面介绍一种基于地理信息的安全增强型交易架构 2 地理信息对交易安全的重要性地理信息在传统交易中的应用场景地理信息一直在传统交易中发挥重要的作用, 在一些重要的商业合同中, 都会约定合同签署地, 并约定合同仲裁机构的所在地 ( 城市 ), 因为不同的交易地址, 适用的法律条款可能不一样 ( 比如在美国等地区, 各州的地方法律差别很大 ) 地理信息在恶意交易的追踪方面也发挥重要的作用比如银行卡盗刷案件, 公安机关的侦查通常是从交易地点开始, 锁定提款的 ATM 所在的城市或区域 ( 通常是异地 ), 缩小侦查范围, 提高破案的效率地理信息在新型交易中的应用场景地理信息在新型交易中, 同样发挥着重要的作用比如在共享汽车这样的互联网交易场景中, 交易通常是客户通过手机扫描二维码的方式开启的, 运营方希望客户 ( 及其手机 ) 和实体资产 ( 共享汽车 ) 应该是在同一个地理位置上, 防止客户将二维码照片发送到远程, 由第三人协助开启交易, 这与国家对共享汽车的用户真实身份认证的要求是相违背的同时, 在交易执行过程中, 也就是客户使用车辆过程中, 系统侦测到客户与汽车发生了位置偏离, 那么交易应该取消或者暂停这些地理信息为整个交易安全提供了强有力的保障地理信息在区块链交易中, 也将发挥重要的作用比如在区块链的供应链系统中, 我们希望利用区块链的技术特性, 实现追踪溯源防伪鉴真的功能, 但是如果供应链信息向区块链录入时就发生了错误, 那么区块链的数据安全特性就没有任何意义在一个绿色食材的供应链区块链网络中, 我们要求采集的流程必须发生在食材的原产地, 进出仓库的流程必须发生在指定的冷库中, 终端消费的流程必须发生在特定的超市中, 这些要求都需要地理信息的参与或者约束 2

3 除了上面两种应用场景, 地理信息在交易中的重要性还表现在 : 1) 交易位置的不同, 适用的法律条款将产生差异 ; 2) 交易位置的不同, 相应的征税主体和税收政策也将产生差异因此, 将地理信息整合到交易的基础属性中, 将是必然的一种市场需求 3 北斗区块链简介北斗区块链, 简称北斗链, 是世界上首次将地理位置信息与区块链交易结合的一种尝试项目前身是积分币 : 一个商业积分交易平台在实际运行中, 商户提出了有关交易的地理位置方面的要求, 比如要求某种积分只能在特定的场所 ( 主要是门店 ) 进行交易和赎回, 从而更好地实现积分兑换对门店销售的促进作用在此基础上, 我们将地理信息整合到区块链核心的交易结构中, 提出了升级版本的北斗链北斗链跟中国北斗卫星导航系统 (BeiDou Navigation Satellite System,BDS) 并没有直接的关系北斗链的取名表明了我们对北斗精神的敬意, 同时也突出了我们在地理信息方面的技术特点北斗链在系统运行中, 会涉及到卫星导航模块和芯片我们并没有仅仅限定于北斗系统, 而是同时适配美国的 GPS 俄罗斯的 GLONASS 等系统, 以达到更好的平台兼容性北斗链中提出包含地理信息的交易的标准结构 (Geographic Transaction Standard, GTS), 一个标准的交易信息, 至少应该包括 : [ 发送人 ][ 接收人 ][ 交易资产 ][ 数量 / 金额 ][ 交易时间 ][ 交易位置 ] 其中交易位置的标准为 : 城市英文或拼音名称 [IP 地址 ][ 地理经纬度 ], 经纬度采取 WGS84 坐标系实例 :SHANGHAI [ ] [N31.46E121.29] 3

4 城市名称便于在应用系统中做显性识别, 网络 IP 地址和地理经纬度至少有一项不能为空由于 IP 地址可能伪造, 而定位信息也可能被模拟, 所以北斗链在后续的技术升级过程中逐步提高对地理经纬度的要求, 并对网络 IP 地址与地理经纬度进行交叉验证针对使用终端 : 如果用户使用网络钱包或通过交易所发出交易指令, 系统将获取用户浏览器的 IP 地址 ; 如果用户使用手机 APP 等移动终端, 系统将要求用户手机开启定位功能, 以获得精准的卫星定位数据针对矿工和交易所等完全节点, 系统将强制服务器安装卫星导航模块, 从而同时获得服务器所在的 IP 地址和卫星定位数据技术实现区块链使用了一种 per-output 的交易模型, 每一个交易结构都有若干个输入 (inputs) 和若干个输出 (outputs) 构成, 每一个输入都要匹配 ( 实际含义是消费 ) 前一个交易中的一个输出所有的交易历史就构成另一个多路相互连接的结构, 被称为交易链这种结构在计算机科学中有一个专有名词叫有向无环图 DAG 最终这个交易链在货币初次发行的被称为 coinbase 交易的地方结束比特币区块链中的交易安全机制, 分为交易安全和区块安全两个层次区块层面的安全措施, 主要由矿工来维持, 保证一个输出只能跟一个输入进行匹配, 从而避免了双重消费的风险交易层面的安全措施, 主要是两个方面, 首先是数量控制, 也就是所有输出的金额的总和必须等于所有输入的金额总和其次是身份控制, 要求输入提供有效的签名, 完成与上一个输出的匹配所谓匹配, 就是说这个输入有权力对输出中包含的货币及其金额进行合法的支配区块链中的输出并不仅仅是货币接受者的钱包地址, 也不是地址进行哈希运算后的公匙, 而是一段代码, 被称作 scriptpubkey 输入其实也是一段代码来代替签名, 被称作 scriptsig, 如下图所示两段代码碰到一起, 运行后没有错误, 4

5 就表示匹配成功图 : 一个真实交易中的 scriptpubkey 和 scriptsig 比特币中这种脚本代码, 被称作 Script, 它是一种简单的基于堆栈的编程语言 Script 存在的价值, 一方面是为交易提供更高的安全保证, 另一方面为交易提供了更多的灵活性北斗链的增强功能就是基于 Script 的扩展来实现的功能特点北斗链的增强功能, 主要表现在以下几个方面 : 5

6 1) 地理信息植入所有交易发生时的位置信息将作为核心要素整合到交易的数据结构中, 同时地理位置也可以作为一种交易约束条件, 整合到 Script 中, 并接受矿工的验证, 提高交易的安全性 2) 继承比特币的优点继承比特币的安全特性, 包括交易结构加密算法多签名审核等 3) 增加交易约束机制区块链中用户可以使用加密学的算法随机产生一对公匙和私匙, 通常公匙用做用户的识别 ( 地址 ) 来接受货币或资产, 用户发起一个用私匙签名的交易就可以控制这些货币和资产除了直接交易, 用户也可以通过发送一段私匙签名的消息, 来证明自己对某个地址 ( 公匙 ) 的控制权北斗链就是利用这种特性, 构建一个交易约束的列表, 每一个交易执行前, 双方先通过签名消息的方式, 验证交易约束是否生效北斗链初期设计的交易约束有 : 网络连接交易发送交易接受挖矿约束等用户可以通过构建 pay-to-script-hash(p2sh) 交易的方式, 实现更复杂的交易约束 4) 支持智能资产目前区块链上承载的资产通常有两种, 一种是比特币方式的本地化货币 (Native Currency), 另一种是令牌化资产 (Tokenized Assets) 本地化货币通常只能有一种 ; 而令牌化资产并不会受到区块链网络层面的验证, 因此计算令牌化资产的数量必须要回溯到所有的相关的交易历史在区块链中令牌资产属于二等公民北斗链中的智能资产 (Smart Asset), 是在区块链底层交易之上构建的一种新的结构不仅可以同时发行多种资产, 而且每种资产的身份识别和数量, 通过扩展 Script 的功能, 都会编码到交易的输出中交易验证的规则也将扩展 : 输出中与输入中, 不仅每一种资产的数量都必须相等, 而且所有资产的总和也必须 6

7 相等这种验证规则, 相比比特币的验证规划更加严格, 因此安全性更高在北斗链上, 智能资产的种类和数量可以无限多 5) 支持原子交易原子交易是指区块链上, 两笔交易 ( 特别是两种资产相互兑换时 ) 应该同时完成或者同时失败, 原子交易是交易安全的一种必要的手段北斗链通过扩展 Script 中的 OP_CHECKSIG 函数 [3] 的功能来实现原子交易原子交易中也可以加入交易位置信息作为参数条件 6) 适合快速部署针对企业级应用场景, 只需要 2-3 步就可以快速部署一条区块链或者加入一个已有的区块链 7) 支持数据流媒体在区块链上构建 key-value 风格的数据流媒体存储机制, 通过 API 调用屏蔽对区块链底层数据的直接调用, 降低数据存取风险 8) 提供丰富的开发接口针对开发人员提供丰富的 API 接口, 并且最大程度兼容比特币的接口规范, 支持 JAVA PHP 等主流开发语言编写应用层代码 9) 平台定制化部署针对不同行业的需求, 可以灵活定制区块链的运行参数, 不需要加密学知识代币及激励机制北斗链中的基础货币, 叫做北斗币北斗币跟比特币系统中的原生货币 (native currency) 的概念不同, 它是一种智能资产 (smart asset) 型货币, 兼容 ERC20 标准 [2] 在交易过程中, 智能资产同比特币一样要接受矿工的验证, 7

8 因此, 北斗币可以获得与比特币一样的交易安全保证挖矿及共识机制挖矿的主要任务是维护完全节点, 从而保证整个区块链的交易安全和数据安全北斗链中的矿工采取雇佣制, 也就是有条件地面向全球招募矿工, 矿工入选必须具备一定的条件, 主要是地理区位服务器性能等指标矿工选择时尽量分散以获得更高的安全保障, 但是不提倡使用性能过高的设备而引起的军备竞赛北斗链上线一年内, 计划招募的矿工数量在 200 名左右具体的招募时间和细则, 请关注项目官网北斗链的共识机制, 没有采取比特币等其他区块链常用的 POW 机制 ( 工作量证明机制 ), 尽量减少能源的浪费和不公平竞争在雇佣制矿工的基础上, 北斗链采取轮询式共识机制 (round-robin schedule), 基于矿工当时的服务器性能和网络通信状态, 尽可能平均分配挖矿任务矿工挖矿不能自动获得北斗币, 矿工的工作通过工资的方式获得补偿治理结构北斗链的治理结构主要分为三层 : 1) 北斗基金会 : 是北斗链资产的最高管理机构, 主要任务有 : - 制定北斗链的发展战略 ; - 确定北斗币的流通规则, 并监督执行 ; - 提升北斗链的品牌形象基金会成员主要构成是 : 核心开发者投资人代表社区活跃用户代表终端用户代表, 以及外部独立专业人士 ( 律师会计师等 ) 基金会成员不少于五人, 其中核心开发者之外的成员不少于三分之二基金会成员每年聘任一次, 聘任期内可以获得少量北斗币作为津贴 8

9 基金会的工作成果, 每年以基金会年报的形式对外公布 2) 核心团队 : 是北斗链的主要运营机构, 主要任务有 : - 北斗链底层平台的开发升级及维护 ; - 北斗链底层代码的开源管理 ; - 基于北斗链的商业应用的开发 ; - 北斗链的市场推广 ; - 项目官网和的维护核心团队主要由技术研发人员和市场推广人员构成团队成员介绍请参考项目官网同时请关注我们的招聘信息 3) 北斗社区 : 是北斗链生态建设的核心, 主要任务有 : - 传播北斗链的品牌 ; - 维护利益相关人的关系 ; - 听取市场及客户反馈 ; - 提供技术解答和培训北斗社区的主要成员有技术爱好者平台使用者网络媒体活跃投资人等社区的日常运营, 主要通过论坛 wiki 即时通信等工具自发运转, 核心团队将实时关注, 并提供必要的协助对社区建设做出贡献的成员, 将可以获得北斗币作为奖励 4 北斗链的定位及发展愿景北斗链是一个区块链底层框架, 而不是一个应用系统它继承比特币区块链的优秀的特点, 在此基础上针对交易的安全性进行了功能增强, 更适应未来大规模主流商业应用的需求北斗链希望成为继 Ethereum 和 Hyperledger 之后, 另一个被世界广泛认可 9

10 和接受的区块链框架, 在某些特定行业, 比如供应链管理共享经济等领域, 成为主流的基础开发平台北斗链将以开源开发的模式, 通过社区建设, 构建智能资产交易的生态 5 关于我们华工咨询北斗链的运营实体是郑州华工企业管理咨询有限公司华工咨询是一家区块链科技企业, 致力于企业级区块链应用开发自 2012 年进入数字加密货币领域, 已开发出咔咔积分 ( 通用积分平台 ) 珠宝溯源系统北斗链 ( 区块链底层平台 ) 等多个区块链相关项目核心团队张蕾 CEO, 创始人毕业于北京大学,20 多年的技术研发管理经验, 长期从事 IT 架构设计 IT Consulting 工作近几年, 专注与数字货币和区块链的商业模式研究, 首次提出了区块链业务分析的概念, 并对外提供咨询和培训服务 2017 年中国云计算大会上区块链技术峰会演讲嘉宾. 王彦涛 CTO, 核心开发者毕业于解放军信息工程大学, 曾任华为高级研发经理, 大河网技术部经理精通 JAVA 等多种开发语言 10

11 *** 密码设计, 核心开发者 [4] 本硕毕业于西安电子科技大学密码学专业, 长期从事 Hash 函数的设计和攻击安全加密芯片的软硬件算法设计 6 类似项目介绍 Niantic 公司开发的著名的网络游戏口袋妖怪 GO 中, 地理位置是不可或缺的一个重要内容, 游戏中的交易功能 ( 互相交换精灵 ) 就是基于地理位置进行的游戏中引入了一个虚拟交通运输系统, 比如虚拟飞机虚拟火车虚拟公共汽车等, 甚至已经规划好了虚拟线路玩家之间的交易就需要基于这个虚拟交通系统完成根据 Niantic 公司申请的专利文件显示, 在交易的时候, 玩家需要走到公交站地铁站或是飞机场等交通站点发起交易, 而对方也同样需要在对应的站点才能进行精灵接收参考 : [1] 比特币白皮书 [2] ERC20 标准 [3] OP_CHECKSIG 函数 [4] 作为几个加密算法的设计者, 特殊身份, 隐藏信息版本 2017 年 6 月 Draft Version 2017 年 7 月 V0.9 11

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PowerPoint 演示文稿 The BitCoin Scripting Language 交易实例交易结构 "result": { "txid": "921a dd24", "hash": "921a dd24", "version": 1, "size": 226, "locktime": 0, "vin": [ ], "vout": [ ], "blockhash": "0000000000000000002c510d