Sidetree协议
- 1. 概述
- 1.1. Sidetree
- 1.2. DID
- 2. 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 OP
- 2.3.2. Batch File 和 Anchor File
- 2.4. Sidetree REST API
- 3. Sidetree 协议 的 Node.js 实现
- 3.1. 整体架构
- 3.2. 分层设计
- 3.3. REST API
- 3.3.1. Blockchain REST API
- 3.3.2. CAS REST API
- 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: filepath: /usr/local/var/log/mongodb/mongo.loglogAppend: 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 keyconst kid = "#key-1";const jwkPriv = await didAuth.EcPrivateKey.generatePrivateKey(kid);const jwkPub = jwkPriv.getPublicKey();jwkPub.defaultSignAlgorithm = "ES256K";// load JWK into an EcPrivateKey objectconst privateKey = didAuth.EcPrivateKey.wrapJwk(jwkPriv.kid, jwkPriv);// construct the JWS payloadconst 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 headerconst header = {alg: jwkPub.defaultSignAlgorithm,kid: jwkPub.kid,operation: "create",proofOfWork: "{}"};// Sign the JWSconst 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 formatconsole.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 bodyreq.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
- Sidetree Protocol Specification
- ION
- Element
- DIF
- The Sidetree Protocol: Scalable DPKI for Decentralized Identity
- Sidetree - 去中心化身份管理协议
- Azure DID Project
- 去中心化身份（Decentralized ID, DID）介绍
- A Primer for Decentralized Identifiers
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