Sidetree协议

1. 概述1.1. Sidetree1.2. DID2. Sidetree 协议2.1. 协议概述2.2. 工作原理2.3. Sidetree 协议的 DID 操作2.3.1. DID OP2.3.2. Batch File 和 Anchor File2.4. Sidetree REST API3. Sidetree 协议的 Node.js 实现3....

hello2mao

1059人浏览 · 2019-12-03 21:07:51

hello2mao · 2019-12-03 21:07:51 发布

1. 概述
- 1.1. Sidetree
- 1.2. DID
2. Sidetree 协议
3. Sidetree 协议的 Node.js 实现
4. ION: 基于比特币的、使用 Sidetree 协议的 DID 实现
- 4.1. 使用 ION（macOS）
5. 参考

博客链接：https://hello2mao.github.io/2019/12/01/sidetree-protocol-overview/

1. 概述

1.1. Sidetree

Sidetree 是一个基于现有区块链的第二层（L2）协议，专门用于去中心化身份（DID）的管理。

目前 DIF 中有两个基于区块链的、使用 Sidetree 协议的 DID 实现：

ION：微软开源的 ION 项目，基于比特币的、使用 Sidetree 协议的 DID 实现。
Element：Transmute Industries 与 ConsenSys 合作的项目，基于以太坊的、使用 Sidetree 协议的 DID 实现。

1.2. DID

去中心化身份（Decentralized ID, DID）用来解决目前中心化身份系统的一系列问题，W3C 制定了一套 DID 的标准：W3C DID Spec，而DIF则基于此标准给出了 DID 的实现方案。

简单来说，did 是类似如下的一个字符串，用户使用此字符串来标识自己的身份。

DID 解决方案使用 DID 文档、可验证声明、PKI 体系等来解决去中心化身份管理的五大核心挑战：

表示：用来描述主体身份的可迁移表示
持久化：用来存储、提取主体身份的机制，同时还需要保持其隐私
隐私：在去中心化账本中保护主体身份的模型
断言：确定主体身份的特定语句
解析：解析、验证特定主体身份的机制

2. Sidetree 协议

2.1. 协议概述

区块链的 TPS 一般都比较低，例如比特币的 TPS 大概为 7~8，所以如果把 DID 相关数据上链，那么会遇到严重的性能问题。所以，出现了 Sidetree 协议，它是一个区块链 L2 层的协议，核心思想是把 DID 的批量操作打包进一个区块链交易中，从而显著的提高 DID Operation 的数目。

2.2. 工作原理

Sidetree 节点互相连接构成一个 L2 层的 P2P 网络，每个 Sidetree 节点都对外暴露 Restful API 来处理 DID 的 CURD 操作。
Sidetree 节点尽可能多的收集 DID 操作，然后把这批操作打包，并创建一个 L1 链上交易并在交易中嵌入该操作批次的哈希。
批操作的源数据会推送到内容寻址存储（IPFS）上。当其他节点获知嵌入 Sidetree 操作的底层链上交易后，这些节点将向原始节点或其他 IPFS 节点请求该批次数据。
当一个节点收到某个批次后，它会将元数据固定到本地，然后 Sidetree 核心逻辑模块解压批次数据来解析并验证其中的每个操作。

需要注意的是：目标链的区块/交易体系是 Sidetree 协议唯一需要的共识机制，不需要额外的区块链、侧链或咨询权威单元来让网络中的 DID 达成正确的 PKI 状态。

2.3. Sidetree 协议的 DID 操作

2.3.1. DID OP

DID 操作不外乎 CURD。

2.3.2. Batch File 和 Anchor File

如下所示，把批操作的源数据推送到内容寻址存储（IPFS）上时，会存在两种文件：Batch File 和 Anchor File：

Batch File:

{
  "operations": [
    "Encoded operation",
    "Encoded operation",
    ...
  ]
}

Anchor File:

{
  "batchFileHash": "Encoded multihash of the batch file.",
  "didUniqueSuffixes": ["Unique suffix of DID of 1st operation", "Unique suffix of DID of 2nd operation", "..."],
  "merkleRoot": "Encoded multihash of the root of the Merkle tree constructed from the operations included in the batch file."
}

可以看到，Batch File 是原始数据，Anchor File 是 Batch File 的元数据，而 L1 链上存储的是 Anchor File 的 hash。

为什么要这样设计呢？
这其实是为了后续实现 Sidetree 轻节点预留的，因为进行 DID 解析（例如 DID URL Dereferrence）的时候，如果只是需要一些元数据，那么只需下载Anchor File即可，而不需要把较大的Batch File下载下来。

2.4. Sidetree REST API

实现 Sidetree 协议的节点需要提供 REST API，且所有的请求都需要使用 JWS 签名。

提供的接口列表如下，详细的可参考：sidetree-rest-api

DID and DID Document Creation
DID Document resolution
Updating a DID Document
DID Deletion
DID Recovery
Fetch the current service versions (optional)

3. Sidetree 协议的 Node.js 实现

3.1. 整体架构

Sidetree Node.js 实现的整体架构如下图所示，可以认为有三部分组成：

Sidetree 节点：实现 Sidetree 协议的节点
区块链及其适配器
CAS（Content Address Storage）存储，目前是 IPFS

3.2. 分层设计

为了解决 Sidetree 协议的后向兼容性，采取分层实现。

Orchestration Layer (编排层)：与协议版本无关的通用模块放在此层中实现。
Protocol Version Specific Layer (版本适配层)：与协议版本相关的模块放在此层中实现。

3.3. REST API

3.3.1. Blockchain REST API

Get latest blockchain time
Get blockchain time by hash
Fetch Sidetree transactions
Get first valid Sidetree transaction
Write a Sidetree transaction
Fetch normalized transaction fee for proof-of-fee calculation
Fetch the current service version

3.3.2. CAS REST API

Read content
Write content
Fetch the current service version

4. ION: 基于比特币的、使用 Sidetree 协议的 DID 实现

4.1. 使用 ION（macOS）

参考官方教程：ION Installation Guide

（1）启动比特币客户端，并同步测试网

$ cat bitcoin.conf
testnet=1
server=1
rpcuser=hello2mao
rpcpassword=123

$ bitcoind -datadir=/xxx/btc

（2）启动 MongoDB

$ cat /usr/local/etc/mongod.conf
systemLog:
  destination: file
  path: /usr/local/var/log/mongodb/mongo.log
  logAppend: true
storage:
  dbPath: /usr/local/var/mongodb
net:
  bindIp: 127.0.0.1

$ mongod --config /usr/local/etc/mongod.conf

（3）下载 ION 并 build

git clone https://github.com/decentralized-identity/ion
cd ion
npm run build

（4）启动 Sidetree 的区块链适配层微服务，ION 是比特币的实现

npm run bitcoin

（5）启动 Sidetree 的 CAS，ION 是 IFPS 网络的适配层微服务

npm run ipfs

（6）启动 Sidetree 核心服务

npm run core

（7）创建 ION DID
使用 ION 的 js sdk 创建 ION DID，如下：

var didAuth = require("@decentralized-identity/did-auth-jose");
var http = require("http");

async function createIONDid() {
  // gen key
  const kid = "#key-1";
  const jwkPriv = await didAuth.EcPrivateKey.generatePrivateKey(kid);
  const jwkPub = jwkPriv.getPublicKey();
  jwkPub.defaultSignAlgorithm = "ES256K";

  // load JWK into an EcPrivateKey object
  const privateKey = didAuth.EcPrivateKey.wrapJwk(jwkPriv.kid, jwkPriv);
  // construct the JWS payload
  const body = {
    "@context": "https://w3id.org/did/v1",
    publicKey: [
      {
        id: jwkPub.kid,
        type: "Secp256k1VerificationKey2018",
        publicKeyJwk: jwkPub
      }
    ],
    service: [
      {
        id: "IdentityHub",
        type: "IdentityHub",
        serviceEndpoint: {
          "@context": "schema.identity.foundation/hub",
          "@type": "UserServiceEndpoint",
          instance: ["did:test:hub.id"]
        }
      }
    ]
  };

  // Construct the JWS header
  const header = {
    alg: jwkPub.defaultSignAlgorithm,
    kid: jwkPub.kid,
    operation: "create",
    proofOfWork: "{}"
  };

  // Sign the JWS
  const cryptoFactory = new didAuth.CryptoFactory([
    new didAuth.Secp256k1CryptoSuite()
  ]);
  const jwsToken = new didAuth.JwsToken(body, cryptoFactory);
  const signedBody = await jwsToken.signAsFlattenedJson(privateKey, { header });

  // Print out the resulting JWS to the console in JSON format
  console.log("Request: \n" + JSON.stringify(signedBody));
  console.log("\n");

  const data = JSON.stringify(signedBody);
  var options = {
    host: "127.0.0.1",
    port: 3000,
    path: "/",
    method: "POST",
    headers: {
      "Content-Type": "application/json",
      "Content-Length": data.length
    }
  };
  var req = http.request(options, function(res) {
    // console.log("STATUS: " + res.statusCode);
    // console.log("HEADERS: " + JSON.stringify(res.headers));
    res.setEncoding("utf8");
    res.on("data", function(chunk) {
      console.log("Response: \n" + chunk);
    });
  });
  req.on("error", function(e) {
    console.log("problem with request: " + e.message);
  });
  // write data to request body
  req.write(data);
  req.end;
}

createIONDid();

Output:

Request:
{
    "header": {
        "alg": "ES256K",
        "kid": "#key-1",
        "operation": "create",
        "proofOfWork": "{}"
    },
    "payload": "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",
    "signature": "MEYCIQDIrTPcCV35zQRojk8KtlMAsbJKsbnMt8uEOD0XUspOUwIhAIbeS1r9dPU6cGvyNnWbChGR36HRG3VILr78M39xeG1H"
}

Response:
{
  "@context": "https://w3id.org/did/v1",
  "publicKey": [
    {
      "id": "#key-1",
      "type": "Secp256k1VerificationKey2018",
      "publicKeyJwk": {
        "kty": "EC",
        "kid": "#key-1",
        "crv": "P-256K",
        "x": "JzQ3bAffS76ctwtBxKCAnxLqw2rDehGwyOO8l-kWMrY",
        "y": "HiKoLpmgDUxGJHPtrlxy3wbODFaXp98xWRwexdgMiEU",
        "defaultEncryptionAlgorithm": "none",
        "defaultSignAlgorithm": "ES256K"
      }
    }
  ],
  "service": [
    {
      "id": "IdentityHub",
      "type": "IdentityHub",
      "serviceEndpoint": {
        "@context": "schema.identity.foundation/hub",
        "@type": "UserServiceEndpoint",
        "instance": [
          "did:test:hub.id"
        ]
      }
    }
  ],
  "id": "did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw"
}

则新建的 DID 为：did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw

（8）查询 ION DID
使用 ION 的 js sdk 查询 ION DID，如下：

const http = require("http");

const options = {
  hostname: "127.0.0.1",
  port: 3000,
  path: "/did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw",
  method: "GET"
};

const req = http.request(options, res => {
  // console.log("statusCode:", res.statusCode);
  // console.log("headers:", res.headers);

  res.on("data", d => {
    console.log("Response: \n" + d);
  });
});

req.on("error", e => {
  console.error(e);
});
req.end();

Output:

Response:
{
  "document": {
    "@context": "https://w3id.org/did/v1",
    "publicKey": [
      {
        "id": "#key-1",
        "type": "Secp256k1VerificationKey2018",
        "publicKeyJwk": {
          "kty": "EC",
          "kid": "#key-1",
          "crv": "P-256K",
          "x": "JzQ3bAffS76ctwtBxKCAnxLqw2rDehGwyOO8l-kWMrY",
          "y": "HiKoLpmgDUxGJHPtrlxy3wbODFaXp98xWRwexdgMiEU",
          "defaultEncryptionAlgorithm": "none",
          "defaultSignAlgorithm": "ES256K"
        }
      }
    ],
    "service": [
      {
        "id": "IdentityHub",
        "type": "IdentityHub",
        "serviceEndpoint": {
          "@context": "schema.identity.foundation/hub",
          "@type": "UserServiceEndpoint",
          "instance": [
            "did:test:hub.id"
          ]
        }
      }
    ],
    "id": "did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw"
  },
  "resolverMetadata": {
    "driverId": "did:ion:test",
    "driver": "HttpDriver",
    "retrieved": "2019-10-08T07:54:21.793Z",
    "duration": "49.3152ms"
  }
}

5. 参考

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