0  引言

身份管理是信息安全的關鍵技術^［1］。進入大數(shù)據(jù)時代，與日俱增的數(shù)據(jù)量對中心化身份管理系統(tǒng)帶來的壓力越來越大，中心化數(shù)據(jù)庫被攻擊的風險高，用戶不能把握個人數(shù)據(jù)的主動權，出現(xiàn)隱私泄露而不知情等^［2-3］。在這樣的背景下，ALLEN C^［4］提出了自主權身份，并對身份管理系統(tǒng)提出了10項要求，這些要求描述了用戶實體獨立存在(Existence)，控制自己身份(Control)，直接訪問自己的數(shù)據(jù)(Access)，系統(tǒng)邏輯的透明性(Transparency)，身份持久存在(Persistence)，輕便可移植性(Portability)，讓身份盡可能廣泛使用的互操作性(Interoperability)，用戶控制自己信息(Consent)，聲明揭露信息量盡可能小(Minimization)，用戶權益被保護(protection)等方面。

區(qū)塊鏈技術分布式、不可篡改的技術特點為滿足IMS(Identity Management System)的上述要求提供了重要手段。區(qū)塊鏈分布式身份管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)中心式身份管理系統(tǒng)對比如表1所示。

1  區(qū)塊鏈引入身份管理的早期探索

比特幣作為分布式無中心的系統(tǒng)安全運行了數(shù)十年，徹底顛覆了中心化管理系統(tǒng)架構，西方最早進行了區(qū)塊鏈與身份管理結合的嘗試。比如荷蘭的PKIoverheid^［5］、Idensys項目^［6］,愛沙尼亞的e-Residents等^［7］，更早在2014年Bitnation就發(fā)布了“世界公民身份證”項目，該項目的身份系統(tǒng)為用戶創(chuàng)建全新且沒有從屬關系的身份^［7］。但這些早期嘗試的項目缺點也很明顯，大多使用了比特幣區(qū)塊鏈，比特幣區(qū)塊鏈的成千上萬個節(jié)點都有分布式賬本，每次驗證需要眾多節(jié)點同步數(shù)據(jù)庫，花費十幾個小時，對用戶認證很不友好。且比特幣平臺對所有人開放，沒有商業(yè)理由吸引公司在該平臺創(chuàng)建推廣身份管理系統(tǒng)，支付高額的軟件許可費，第三方對用戶行為的關聯(lián)分析也一定程度泄露隱私等^［8］。

早期的概念驗證項目讓人們意識到基于區(qū)塊鏈的身份系統(tǒng)相比傳統(tǒng)中心化身份系統(tǒng)的巨大優(yōu)勢，也激勵著后續(xù)更加成熟的基于區(qū)塊鏈的身份管理方案不斷涌現(xiàn)。

2  主流方案對比分析

2.1  ShoCard

ShoCard^［9］是早期嘗試區(qū)塊鏈身份管理的公司并發(fā)展至今，具有代表性(技術框架如圖1所示)，當前基于區(qū)塊鏈的身份技術思路形成共識,即用戶終端存儲個人數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈作為去中心的交換承諾而存在，不存儲敏感信息，保證信息的有效性、完整性。其他公司方案都在此共識基礎上加入自己的特點，以下重點分析其它方案的創(chuàng)新細節(jié)及實踐經驗。

2.2  Uport

Uport^［10］作為一種自主權身份建立在以太坊平臺，不依賴中心身份提供者，其身份以Ethereum地址的形式存在，可以是人、程序、設備等。

Uport方案創(chuàng)新之處在于其核心是全網(wǎng)唯一且持久的Uport標識符，該標識符被以太坊代理(proxy)合約定義，代理合約(proxy)可以傳遞交易，通過該合約機制與以太坊區(qū)塊鏈的其他智能合約互動(如圖2所示)。

當用戶想與特定應用智能合約互動時，通過控制合約發(fā)送事務，代理合約將事務傳遞給應用合約。其中控制合約包含了訪問控制策略。因為其不變的標識符，特定應用則把代理合約看做互動實體。通過代理合約的方式在用戶私鑰和應用合約引入了中間件，也能夠讓用戶在丟失終端后替換原有私鑰。

控制合約保持了還原網(wǎng)絡(圖3)，其成員由用戶指定，可以是好友、可信機構等。一旦終端丟失，在獲取了新終端后(步驟2)，向還原網(wǎng)絡廣播新公鑰(步驟3)，還原網(wǎng)絡中成員通過還原合約將用戶新公鑰確認并發(fā)送到控制合約中保存，當達到要求的成員數(shù)量(比如2/3)確認后(步驟4)，控制合約更新用戶公鑰(步驟5),用戶身份恢復(步驟6)。

Uport也可用于非區(qū)塊鏈身份相關用例(如圖4所示)，通過存儲合約以密碼方式將額外數(shù)據(jù)結構綁定Uport標識符，密碼方式的綁定定義在智能合約的訪問控制策略中，只有代理合約可以更新存儲合約。存儲合約包括了從Uport標識符到IPFS哈希的映射。IPFS是存儲、關聯(lián)和傳輸數(shù)據(jù)的分布式系統(tǒng)，以哈希保證數(shù)據(jù)結構的完整性。

2.3  Civic方案

2.3.1  Civic概述

Civic^［11］是通過區(qū)塊鏈促進identity verification(IDV)服務向著按需求、安全、低訪問開銷發(fā)展的一個生態(tài)系統(tǒng),讓每次身份查驗不用從頭開始。

Civic最大的創(chuàng)新是引入了激勵機制CVC(Civic通證)，以CVC換取IDV相關服務，來提高用戶體驗，增強安全和隱私保護，打破現(xiàn)有IDV供應鏈。

2.3.2 Civic創(chuàng)新分析

Civic通證的引入讓管理激勵成為可能，使系統(tǒng)向參與者有利的方面發(fā)揮作用。系統(tǒng)內通證不是像比特幣通過挖礦產生，介紹新用戶、注冊、提供身份、提供證明等方式均可獲得。

通證與IDV結合流程如圖5所示，用戶申請服務提供商A的服務，通過Civic APP向A發(fā)送所需PII(步驟1)，服務商A用已有方法驗證用戶提供的PII是否符合服務條件(步驟2)，服務商A將用戶出示的PII計算哈希值，并將哈希值在區(qū)塊鏈上記錄作為“證明”，“證明”除PII外還包括元數(shù)據(jù)(比如驗證等級，驗證細節(jié)，應用工業(yè)標準等)。同時將該區(qū)塊鏈事務的“證明”細節(jié)給提供用戶(步驟3)。之后用戶申請服務商B的服務(步驟4)，B發(fā)送要求的用戶PII、相關規(guī)則等，用戶端APP則檢查自己數(shù)據(jù)是否滿足B的需求。假設用戶有并愿意出示要求的PII，且用戶和B之間就誰(之前驗證過用戶，且驗證的是相同數(shù)據(jù)和規(guī)則的角色)來驗證達成共識(本例中假設為A)，A以CVC的形式出示價格，服務商B選擇是否接受(步驟5、6)。B接受后，用戶向B發(fā)送A的證明的數(shù)據(jù)類型、區(qū)塊鏈位置信息等。B將用戶提供的元數(shù)據(jù)PII重新哈希后與區(qū)塊鏈事務對比以確認所得到信息的有效性，如果有效，B支付該證明所需的(價格)CVC到托管賬戶中(通過智能合約)(步驟7)。一旦B支付了CVC，用戶可以發(fā)送服務商B所要求的PII明文數(shù)據(jù)(步驟8)。然后用戶觸發(fā)托管賬戶中CVC釋放，釋放的CVC將以智能合約中約定的比例分配給用戶和服務商A，交易到此完成。

2.4  其他方案

ShoCard、Uport Civic三個代表性方案對比如表2所示。

以上三個方案在區(qū)塊鏈的身份管理領域具有代表性，分別突出了總體技術路線、自主管理身份和通證激勵，對其他方案影響較大，比如：IDHub^［12］是國內世紀互聯(lián)公司的首個基于區(qū)塊鏈的去中心數(shù)字身份平臺，用于網(wǎng)絡新型登錄方式公民權利相關的身份認證等^［14］(架構如圖6所示)。

香港的SelfKey^［13］致力實現(xiàn)自主管理身份的生態(tài)系統(tǒng)，同樣借鑒了通證激勵方式和Uport智能合約管理方法，外部應用采用通證激勵關系，如圖7所示。

烏克蘭的REMME^［15］方案致力用區(qū)塊鏈實現(xiàn)不涉及密碼的登錄服務。在其去中心化網(wǎng)絡存儲用戶的唯一SSL設備證書，通過REMME按鈕和電話確認等雙因素認證，消除驗證過程中的人為因素，防止?jié)撛诘墓敉緩健?/span>

3  結論

分析了知名區(qū)塊鏈的身份管理方案，分別介紹了其技術路線、突出特點。本文將以上方案橫向對比，如表3所示。

從ID發(fā)行方看，除了IDHub外，其他方案都有固定的ID發(fā)行方，由平臺內部或其支持方對參與系統(tǒng)的角色發(fā)行ID，比如Civic、ShoCard由方案本身發(fā)行參與者ID，UportID由支持方ConsenSys發(fā)布。IDHub中，任何人、機構、組織都可發(fā)行ID，讓成員依據(jù)該合法身份開發(fā)相應區(qū)塊鏈應用來參與生態(tài)系統(tǒng)運行，強調兼容性、可擴展性，有利于系統(tǒng)生長。

在賬號管理方面，Uport，IDHub，SelfKey采用事先約定好的智能合約實現(xiàn)以用戶為中心的賬號管理，其中IDHub因為任何人可發(fā)行ID，相應采用多種類型的身份管理合約來集成各類區(qū)塊鏈應用，理念先進。ShoCard、Civic、Air則采用了IDProvider為中心的賬戶管理方案。

在相應身份使用范圍來看，ShoCard、Civic、SelfKey、Air的身份都只能在相應的生態(tài)系統(tǒng)內部使用。Uport、IDHub將身份使用范圍分為鏈上和鏈下，在智能合約中準確記錄換Key操作，將用戶區(qū)塊鏈身份(標識符)與鏈下用戶公私鑰對綁定，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)外的使用。

在用戶數(shù)據(jù)存儲方面，從早期到當前的主流技術方案都將用戶數(shù)據(jù)存儲在手機終端，比如ShoCard、Civic等。但Uport將所有數(shù)據(jù)存儲在IPFS(星際文件系統(tǒng))，存在泄漏風險。IDHub在此基礎上做了區(qū)分：把數(shù)據(jù)分為公開數(shù)據(jù)和隱私數(shù)據(jù)，公開數(shù)據(jù)存儲在IPFS，將隱私數(shù)據(jù)存在用戶終端，上鏈服務不保存用戶信息。

主流方案中除Uport外，其他方案任何人都可對給出的認證記錄在區(qū)塊鏈上校驗，Uport身份是以太坊地址，安全性依托于以太坊區(qū)塊鏈，未提供傳統(tǒng)管理系統(tǒng)中的證書服務。

各方案系統(tǒng)性能受所使用的區(qū)塊鏈平臺影響，可用于身份管理的平臺主要有，Ethereum、Rootstock、Hyperledger等,也未能達成統(tǒng)一共識，根據(jù)不同需求選擇。以太坊屬于典型公有鏈，基于Uport身份的企業(yè)級應較少。Civic采用的RootStock是建立在比特幣網(wǎng)絡上的中間件，提供安全可擴展的智能合約解決方案，并能創(chuàng)建完全不同于比特幣的通證(token)用于系統(tǒng)激勵。IDHub方案兼容多種區(qū)塊鏈，計劃隨跨鏈交換技術成熟后遷移到具有跨鏈功能的專用區(qū)塊鏈上。Air所使用的Hyperledger平臺針對企業(yè)級應用，國內外采用較多。

通過對比各個方案細節(jié)和實踐經驗，ShoCard實踐較早，Uport身份依托于以太坊，最大的創(chuàng)新是用分級的智能合約方式實現(xiàn)以用戶為中心的賬號管理和依托賬號管理實現(xiàn)非區(qū)塊鏈應用身份的關聯(lián)具有很好的兼容性，并被后來的IDHub、SelfKey等方案所借鑒。Civic最大的特點在于引入token(通證)激勵機制，并受到越來越多的共識，不同于比特幣、以太幣等加密貨幣，通證作為一種系統(tǒng)權益，代表比代幣更高維度的價值，比如身份權證、積分、信用、服務等功能性權證，也包含物理世界的資產，從國內區(qū)塊鏈公司IDHub和SelfKey即可看出。IDHub不但有佛山禪城公證處這樣的落地項目，更吸取了其他方案的優(yōu)秀理念，比如Uport賬號管理方案、Civic通證激勵機制。此外IDHub提出任何人可發(fā)行ID，期望成為所有區(qū)塊鏈的公共身份，效果如何，尚有待觀察。

通過分析身份管理系統(tǒng)各參與方需求以及國內權威機構監(jiān)管需求，身份管理系統(tǒng)的發(fā)展不會完全去中心，也不能完全中心化，因此通過聯(lián)盟鏈構建基于區(qū)塊鏈的身份管理系統(tǒng)會成為國內主流技術解決方案。此外，從區(qū)塊鏈技術特點及上述基于區(qū)塊鏈的身份管理系統(tǒng)來看，對于用戶可提供以用戶為中心的安全、可控、便捷的身份管理，對于身份提供方可提供有效的激勵機制，對于依賴方可降低身份驗證成本。但是挑戰(zhàn)與機遇并存，區(qū)塊鏈的發(fā)展將會給公司、政府、金融等各行業(yè)的中心化身份管理系統(tǒng)帶來沖擊，只有通過技術方案和產品的改革才能更好地適應技術的發(fā)展。

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（收稿日期：2018-07-01）

作者簡介：

陳宇翔(1993-)，男，碩士，主要研究方向：身份管理、區(qū)塊鏈。

張兆雷(1985-)，男，碩士，高級工程師，主要研究方向：信息安全。

卓見(1987-)，女，碩士，工程師，主要研究方向：信息安全。

 *基金項目：國家重點研發(fā)計劃“異構身份聯(lián)盟隱私保護技術研究”項目（2017YFB0802304）