BOX是一套企業(yè)自主擁有的數(shù)字資產(chǎn)銀行系統(tǒng)可提高數(shù)字資產(chǎn)的安全性

BOX（Enterprise Token Safe Box）是一個企業(yè)級數(shù)字資產(chǎn)保險柜應(yīng)用，它利用區(qū)塊鏈、密碼學、通信安全等領(lǐng)域的公理性技術(shù)對各類數(shù)字資產(chǎn)的私鑰、操作指令進行保護，從原理上解決了私鑰、指令的盜取、篡改等問題。

設(shè)計思想

BOX是一套企業(yè)自主擁有的數(shù)字資產(chǎn)銀行系統(tǒng)。通過BOX系統(tǒng)統(tǒng)一管理企業(yè)所擁有的各類數(shù)字資產(chǎn)錢包做到集中管理，通過將私鑰加密運行在內(nèi)存中的方式讓其永不暴露，通過企業(yè)自主擁有的私有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)保證操作指令和資產(chǎn)數(shù)據(jù)的存證和驗真，通過順序性私鑰簽名方式構(gòu)建企業(yè)訂制化資產(chǎn)管理業(yè)務(wù)流，通過 SSL/TLS 加密保證通信通道的絕對安全。BOX 從原理上做到了防范外部黑客、內(nèi)部黑客、單人誤操作等當前個人錢包普遍存在的漏洞，同時，BOX 具有入侵鎖死、系統(tǒng)重置等安全機制，以此保證企業(yè)數(shù)字資產(chǎn)的高安全性。

私鏈節(jié)點數(shù)量為 2n+1（n≥1），私鑰 APP 數(shù)量最少為 3 個，具體數(shù)量由各企業(yè)內(nèi)部自主定制，簽名機是一***立的物理服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器為云端服務(wù)器，不會與簽名機有任何通信，簽名機僅能夠與私鏈通信，僅有簽名機才能向熱錢包發(fā)出轉(zhuǎn)賬指令，員工 APP 為轉(zhuǎn)賬指令發(fā)起方，管理 APP 執(zhí)行審批。

BOX 系統(tǒng)可以接入所有支持離線簽名的數(shù)字貨幣。首次發(fā)行版將接入以太坊及 ERC20 代幣。在未來的版本中，將陸續(xù)接入其他幣種。

私鑰安全機制

1. 私鑰的存儲

私鑰儲存在簽名機的內(nèi)存中，不會做持久化存儲。在極端情況簽名機被入侵之后，入侵者很難在短時間內(nèi)尋找到私鑰，大大降低私鑰暴露的風險。

簽名機是一***立存放的服務(wù)器，建議存放在安全級別非常高的地點，例如金融級機房、企業(yè)自己控制的高安全性機房、某個私密地點。該簽名機需要有 24 小時不間斷供電和網(wǎng)絡(luò)接入及固定 IP 地址，該簽名機應(yīng)該不能輕易地被任何人接近和操作，包括企業(yè)的 IT 主管人員。

企業(yè)的數(shù)字資產(chǎn)實際存儲在各個數(shù)字貨幣公鏈上（本文內(nèi)指代為“熱錢包”），如果該數(shù)字貨幣的官方錢包支持離線簽名，則私鑰可以被存儲在簽名機的內(nèi)存中，通過離線簽名實現(xiàn)在不暴露私鑰的前提下，完成確權(quán)并轉(zhuǎn)賬。

2. 私鑰的生成

為了防止私鑰的生成被模擬，我們采用 RFC6979 協(xié)議的變形形式：k= SHA256（d + SHA256（m1） + SHA256（m2） + SHA256（m3） + … ）， d 為服務(wù)器隨機數(shù)，m 為私鑰 APP 輸入的關(guān)鍵句。私鑰的生成由三個私鑰 APP分別輸入關(guān)鍵句的方式生成，關(guān)鍵句是由任意的字母和數(shù)字組合而成的字符串。三個或多個私鑰 APP 依次輸入關(guān)鍵句后，由三個關(guān)鍵句生成的私鑰即被存放在簽名機的內(nèi)存中，同時由此私鑰生成的公鑰地址將被注冊在公鏈上，即生成公鏈熱錢包。私鑰 APP不會存儲該關(guān)鍵句，該私鑰 APP的源代碼也將同步開源。

私鑰 APP的所有傳輸過程都需要雙向認證，私鑰 APP的授權(quán)方式為限制分發(fā)方式，即服務(wù)器分發(fā)的證書只有 N 個（N 為私鑰 APP 的個數(shù)），并且會將證書與其設(shè)備 ID 綁定，其他的連接請求都會被拒絕。

如果私鑰 APP丟失，因為 APP里并不記錄任何關(guān)鍵句和密碼，所以沒有安全風險。擁有關(guān)鍵句的控制人可以重新安裝私鑰 APP，并使用原關(guān)鍵句重新獲取服務(wù)器證書，然后簽名機重新綁定新的私鑰 APP 的設(shè)備 ID。

3. 私鑰的恢復(fù)

由于簽名機一旦停機，內(nèi)存中的私鑰會立即消失，所以當簽名機需要重啟時，需要所有私鑰 APP重新輸入正確的關(guān)鍵句。如果某個私鑰 APP持有人無法輸入正確的關(guān)鍵句，此時需要啟用私鑰關(guān)鍵句的冷備份，由于此流程屬于實際企業(yè)管理流程，本文僅給出冷備份的建議方案。

私鏈

1. 私鏈的作用及優(yōu)勢

私鏈在整個 BOX 系統(tǒng)中起到存證和驗真的作用。利用區(qū)塊鏈的不可篡改的特性，將審批流程和轉(zhuǎn)賬審批流程上鏈保存，為程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)賬自動化提供可靠依據(jù)。BOX 系統(tǒng)首次發(fā)行版本采用以太坊搭建私鏈，未來計劃支持更多的搭建私鏈的方案。

在企業(yè)內(nèi)部部署一套私鏈，企業(yè)不僅獲得一套存證和驗真的系統(tǒng)，而且可以獨立自主控制其全部節(jié)點，通過設(shè)置節(jié)點參數(shù)，來控制每個區(qū)塊最大可打包交易數(shù)量、出塊時間間隔和參與節(jié)點的數(shù)量。這些參數(shù)決定了單位出塊時間窗口內(nèi)，可以接受的交易筆數(shù)——即審批流轉(zhuǎn)處理的吞吐量。

由于是私鏈，使得 gas 消耗可以忽略不計，同時對上層應(yīng)用弱化gasPrice 的消耗，使得在區(qū)塊鏈上驅(qū)使合約的代價降低。

私鏈采用 PoA（Proof of Authority）共識機制，直接指定哪些私鏈節(jié)點擁有記賬權(quán)限，沒有記賬權(quán)限的節(jié)點將作為備份節(jié)點存在。

2. 伴生程序

伴生程序就是以太坊 DAPP。每個私鏈節(jié)點都會配備同一個伴生程序，被用于處理傳統(tǒng)的 CS（客戶端-服務(wù)器）應(yīng)用程序請求、處理數(shù)據(jù)上傳私鏈、執(zhí)行智能合約、監(jiān)聽智能合約事件、發(fā)送狀態(tài)通知、協(xié)調(diào)上層應(yīng)用和授權(quán)服務(wù)之間的交互等功能。

伴生程序之間是對等的，且只與處于同一臺服務(wù)器上的私鏈節(jié)點通信。伴生程序之間沒有直接的網(wǎng)絡(luò)連通。每個伴生程序都會對應(yīng)一個私鏈的賬戶，該賬戶用以執(zhí)行智能合約的方法。

伴生程序協(xié)調(diào)接入層與授權(quán)層之間的交互。發(fā)生一筆轉(zhuǎn)賬交易要經(jīng)過以下四個過程：1.發(fā)起交易；2.服務(wù)受理；3.交易成功；4.通知結(jié)果。我們將這四個過程劃分為四個象限，如下圖所示。伴生程序處于私鏈層這一象限維度，通過將數(shù)據(jù)上鏈實現(xiàn)對現(xiàn)實中的轉(zhuǎn)賬交易進行存證和驗真，同時將成功的結(jié)果通知到簽名機，由簽名機根據(jù)最終結(jié)果操作公鏈資金賬戶。伴生程序隔離了交易發(fā)起者與公鏈資金賬戶之間的直接關(guān)聯(lián)，整個過程由程序根據(jù)審批流自動執(zhí)行。

3. 智能合約的共識機制

上鏈存證的數(shù)據(jù)存放在智能合約內(nèi)。智能合約采取投票的方式來確認一筆上鏈存證的數(shù)據(jù)，每一筆數(shù)據(jù)都必須通過 51%的私鏈節(jié)點投票，且每次投票的內(nèi)容一致才被確認為有效存證。每個節(jié)點分別對應(yīng)一個操作同一合約的賬戶，除非超過 50%的節(jié)點被全部攻陷，否則上鏈存證的數(shù)據(jù)是可以被保證有效的。

智能合約投票系統(tǒng)需要分配合理的權(quán)限給正確的賬戶。所有私鏈賬戶在私鏈搭建完成后即被確定下來。當需要增加私鏈節(jié)點時，必須由所有私鏈賬戶授權(quán)新帳號，系統(tǒng)將自動重新平衡 51%策略，無須重新部署新合約來適應(yīng)其變化。

存證的數(shù)據(jù)分為審核流程和轉(zhuǎn)賬申請。如下圖所示：在提現(xiàn)之前，需要設(shè)置審核流程；審核流程用于確定企業(yè)內(nèi)部在使用數(shù)字貨幣時需要參與審核的部門，參與審核的部門需要多少人確認；審核流程需要由掌握企業(yè)管理最高權(quán)限的所有私鑰 APP 來授權(quán)；授權(quán)過后的審核流程可以用來發(fā)起轉(zhuǎn)賬申請。

接入層

接入層采用權(quán)力離散式的構(gòu)架方式。

整個系統(tǒng)的權(quán)力被離散在了各個 APP 端，接入層服務(wù)器雖然承擔了各種業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)承并合，但是卻對信息所行使的權(quán)利無法修改和執(zhí)行。權(quán)力離散式的實現(xiàn)，依賴于基礎(chǔ)算法 ECDSA（ Elliptic Curve Digital Signature Algorithm ）。算法中 ECC（Elliptic curve cryptography）則采用比特幣經(jīng)典曲線 secp256K1。

轉(zhuǎn)賬過程為：由員工 APP 和管理 APP 產(chǎn)生簽名，然后在接入層完成轉(zhuǎn)移，并在私鏈層得到確認，最后簽名機在公鏈上進行實施。

接入層業(yè)務(wù)分為兩大部分：1、審批流的構(gòu)建和修改。 2、審批流的執(zhí)行。

1. 審批流的構(gòu)建和修改

在執(zhí)行轉(zhuǎn)賬前需要先構(gòu)建企業(yè)轉(zhuǎn)賬審批流，該審批流為多級審核模型，最底層為員工管理組，其上可以有多級審核，每級審核可以有多個審核人，需要指定最小審核人數(shù)。

舉例說明，企業(yè)審批流如下圖所示：

當企業(yè)確認了審批流，則可以通過管理 APP 錄入系統(tǒng)，構(gòu)建成系統(tǒng)可識別的協(xié)議格式，該協(xié)議格式在 BOX 系統(tǒng)中被命名為 boxflow。

boxflow 建立完成之后為未授權(quán)狀態(tài)，如果需要授權(quán)，則轉(zhuǎn)交給接入層，接入層檢查格式并哈希上私鏈，由私鏈所有節(jié)點投票存證，存證后通知簽名機。由私鑰 APP 授權(quán)簽名機將審批流哈希寫入公鏈，公鏈確認后，將私鏈上審批流的哈希狀態(tài)設(shè)置為有效，則 boxflow 授權(quán)成功（關(guān)于私鑰APP 的安全性及重要性，見私鑰安全和指令安全章節(jié)），企業(yè)可以通過該boxflow 進行轉(zhuǎn)賬。

boxflow 的修改流程需要私鑰 APP 先取消當前 boxflow 的授權(quán)，再重新建立 boxflow。

2. 審批流的執(zhí)行

當 boxflow 授權(quán)成功后，需要先建立員工賬號，才能進行基于該boxflow 的審批流轉(zhuǎn)賬。

在 BOX 系統(tǒng)里員工賬號由員工管理組分配公私鑰。當 boxflow 授權(quán)成功后，員工 APP 將獲取到當前 boxflow，員工選擇員工管理組申請私鑰，員工管理組衍生出子私鑰，分配給該申請員工 APP。

員工 APP 獲取私鑰后，可以發(fā)起轉(zhuǎn)賬申請。申請格式如下：

{ balance： 100E18，

timestamp： 1512719484736，

destination： ‘0x6E9483f00cCd685c5F12709Fd542Da1FB20c4d2e’，

miner： E16，

currency： ‘ETH’，

applicant：

{ username： ‘bluce’} }

此時生成的申請為未簽名狀態(tài)，需要將該申請使用 SHA256 算法進行哈希，并將哈希簽名放入申請中，格式如下：

{ balance： 100E18，

timestamp： 1512719484736，

destination： ‘0x6E9483f00cCd685c5F12709Fd542Da1FB20c4d2e’，

miner： E16，

currency： ‘ETH’，

applicant：

{ username： ‘bluce’，

sign：

‘474w3zgKRLwaddG6LadzKQ3ut1JyQUc4HpVLkydR6xdk2TwS7zEXKf4E5AyGH

xQkfLYxJsccxhqdY5Qm5352P2H4’ } }

該員工的申請，只能由其對應(yīng)的員工管理組賬號審核。

員工管理組審核通過后，對申請（包括簽名）進行哈希并簽名。簽名完成后交給上級審核人進行審核，上級審核人對下級簽名信息驗證后，對哈希進行簽名。以此類推直至最上層審核人簽名完成。

最后生成的轉(zhuǎn)賬審核流視為一次記賬，稱之為 transbox。

該 transbox 哈希后為該次交易的交易 ID，當接入層收到 transbox 并校驗其匹配對應(yīng)的 boxflow 后，將交易 ID（哈希）進行上私鏈存證。私鏈通過投票確認交易 ID 后通知簽名機進行驗證和簽名。

簽名機收到原始信息后，從 transbox 中提取 boxflow 并在賬戶里驗證是否合法，然后依次檢驗簽名是否完整，驗證通過后說明為合法transbox，進行公鏈轉(zhuǎn)賬，并將公鏈交易 ID 上私鏈存證。接入層可以根據(jù)交易 ID 在公鏈上實時查詢結(jié)果。

3. 多審批流的支持

在第一個公開發(fā)行版本中，BOX 僅支持單一審批流，在后續(xù)升級版本中，將支持多審批流。

審批流安全機制

自動化轉(zhuǎn)賬的安全有兩個重要部分，其一是私鑰本身的安全（已在私鑰安全性章節(jié)中闡述），其二是使用權(quán)（審批流）的安全。

1. 審批流的有效性

一個合法的審批流需要經(jīng)過私鏈存證、私鑰 APP 授權(quán)和公鏈確認。由于私鑰 APP 是由 N 位企業(yè)管理人員掌控，因此審批流是否有效是由 N 位企業(yè)管理人員共同確認，并且寫進公鏈私鏈，該審批流有效性無法篡改。

2. 轉(zhuǎn)賬的生成

轉(zhuǎn)賬由員工 APP 發(fā)起并簽名，經(jīng)過員工管理組及各層審核人員依次驗證無誤后簽名，轉(zhuǎn)賬即生成。因為公私鑰只有 APP 上存在，其他任何人在傳輸?shù)倪^程中都無法篡改轉(zhuǎn)賬信息。

3. 轉(zhuǎn)賬的有效性

轉(zhuǎn)賬的有效性分為兩個部分，其一是本身簽名的有效性，其二是其對應(yīng)的審批流的有效性。由于 BOX 采用的是嵌套簽名的方法，因此只需要按照順序依次驗證簽名，即可知道簽名本身是否有效。轉(zhuǎn)賬本身是對應(yīng)一個審批流，需要提取對應(yīng)的審批流，并在賬戶中驗證該審批流是否有效。如果兩個條件均滿足，證明該次轉(zhuǎn)賬是由有效審批流指定的 APP 確認的，并且是無法篡改的。

通信安全機制

1. 簽名機與私鏈的通信

簽名機即授權(quán)層中的服務(wù)所在的服務(wù)器。簽名機與私鏈的通信即授權(quán)層的服務(wù)與私鏈層服務(wù)之間的通信。服務(wù)與服務(wù)之間的通信使用 gRPC +SSL/TLS 雙向證書認證。gRPC 是一個高性能 RPC 框架，基于 HTTP/2 協(xié)議標準設(shè)計，基于 ProtoBuf（Protocol Buffers）序列化協(xié)議開發(fā)，HTTP/2 協(xié)議標準本身要求對數(shù)據(jù)進行加密傳輸（SSL/TLS）。BOX 系統(tǒng)將針對所有公鏈開發(fā)授權(quán)服務(wù)模塊。由于 SSL/TLS 雙向認證證書的存在，將極大程度保證信息安全，服務(wù)器之間一旦有異常連接就會立即拒絕請求，可以防止中間人攻擊的風險。

2. 員工 APP 與接入層的通信

所有與接入層通信的 APP，都采用 HTTPS 的方式。員工簽名用的私鑰是通過管理 APP 頒發(fā)的。處理步驟如下：

A）管理 APP 生成員工私鑰，并生成對稱加密用的隨機數(shù)密碼；

B）管理 APP 用密碼以對稱加密的方式將員工私鑰加密；

C）管理 APP 通過線下方式將密碼告知員工；

D）管理 APP 將加密后的員工私鑰發(fā)送給接入層暫存；

E）員工 APP 從接入層下載加密數(shù)據(jù)并用給定密碼解密。

3. 接入層與私鏈節(jié)點的通信

接入層與私鏈之間屬于內(nèi)部通信，采用 TCP/IP 協(xié)議連接。此時接入層傳遞到私鏈的數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過了簽名授權(quán)，并產(chǎn)生了信息摘要，私鏈只需要使用簽名校驗程序?qū)ζ潋炚?，如果校驗失敗，拒絕服務(wù)。接入層向所有私鏈節(jié)點發(fā)送請求，每個私鏈節(jié)點對應(yīng)一個帳號，每個帳號將驗證后的請求數(shù)據(jù)以投票機制上鏈存證，私鏈上的智能合約被超過 50%帳號確認之后，數(shù)據(jù)上鏈成功。接入層提供簽名和摘要供私鏈確認，私鏈通過投票向接入層提供投票結(jié)果。以上過程可以歸納為兩個公式：

私鑰的冷備份

為了防止某個私鑰 APP 持有人的意外情況導(dǎo)致私鑰無法重置，我們建議將所有關(guān)鍵詞進行物理備份。例如在每個私鑰 APP 持有人輸入關(guān)鍵詞后，私鑰 APP 所運行的手機可以連接一臺不聯(lián)網(wǎng)的迷你型打印機，采用打印的方式將該關(guān)鍵詞自動以二維碼的方式打印到紙條上，并且將打印兩份，所有關(guān)鍵詞紙條將被分為兩份，封存在兩個信封內(nèi)，建議企業(yè)將此迷你打印機與兩份關(guān)鍵詞備份件分別存放于兩家銀行保險箱中，保險箱的其中一把鑰匙可以委托給企業(yè)律師持有，并約定僅允許在企業(yè)董事會決議的同意下才可以啟封此備份。

關(guān)于加密令牌 BOX 的分發(fā)

1. 令牌分發(fā)簡介