一种基于区块链的金属门窗防伪身份认证系统和方法与流程

本发明涉及身份验证领域，具体涉及一种基于区块链的金属门窗防伪身份认证系统和方法。

背景技术：

1、金属门窗防伪身份认证通常采用射频识别标签或二维码标识。射频识别标签内含芯片与天线，通过无线电信号与读写器进行数据交换，将唯一识别码存储于芯片存储区；二维码则通过在标签表面印刷特定点阵图形存储信息，由终端设备扫描读取。这些标识在出厂时与金属门窗的规格属性建立绑定关系，并将绑定数据记录于中心化数据库或分布式账本中，作为后续真伪核验的依据。此种方式下，身份认证高度依赖附加标识的完整性。

2、现有基于分布式账本的防伪认证方案将金属门窗的出厂编号、规格型号等属性数据经过哈希运算后写入区块链，利用区块链的防篡改特性保障数据存储层面的真实性。验证时，用户通过终端扫描标识获取明文标识信息，计算哈希值并与区块链上存储的哈希值进行比对，若比对一致则判定为真。身份验证过程完全依赖标识的物理存在与数据读取，标识与区块链之间仅形成单向的数据读写关联，缺乏实体与数字身份的深层互锁。

3、现有技术存在物理实体与数字身份易分离的核心技术问题。射频识别标签、二维码等标识与金属门窗之间仅是物理附着连接，标识本身可被完整剥离并转移至伪造金属门窗上。区块链仅能保证链上数字身份数据不被篡改，无法感知前端物理实体是否与链上身份同源对应。标识与门窗本体缺乏内在物理关联，一旦标识被转移，伪造门窗仍能凭借转移后的标识通过区块链验证，导致物理实体与数字身份脱离，防伪失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于区块链的金属门窗防伪身份认证系统和方法，可以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种基于区块链的金属门窗防伪身份认证系统，包括：声学激励组件，用于向金属门窗框体发射预设频段的宽带声学脉冲信号；声学信号采集组件，用于采集所述金属门窗框体在所述宽带声学脉冲信号激励下产生的微观声学共振频谱响应信号；特征提取与密钥生成组件，用于将所述微观声学共振频谱响应信号进行量化编码生成二进制物理不可克隆函数序列，并基于所述二进制物理不可克隆函数序列通过椭圆曲线密码运算生成所述金属门窗绑定的公私钥对；区块链节点网络，用于将所述公私钥对中的公钥与所述金属门窗的属性数据封装为数字身份凭证并写入分布式账本；身份验证组件，用于在接收到验证请求时重新向所述金属门窗发射宽带声学激励，提取当前物理特征哈希值，并基于所述当前物理特征哈希值与所述分布式账本中的数字身份凭证执行零知识证明协议交互，以确认物理实体与链上状态对应关系。

4、优选的，所述声学激励组件包括线性调频信号发生器和声学换能器，所述线性调频信号发生器生成持续时间与频偏均受控的线性调频脉冲信号，所述声学换能器将所述线性调频脉冲信号转换为声学波动施加至所述金属门窗框体；所述声学信号采集组件采集共振信号时，依据所述线性调频脉冲信号的发射时间戳设定时间窗口，截取所述时间窗口内所述金属门窗框体反射的声学回波信号，对所述声学回波信号进行脉冲压缩处理提取时延与多普勒频移信息，将所述时延与多普勒频移信息输入卡尔曼滤波器滤除环境噪声干扰，将滤波后的声学回波信号作为所述微观声学共振频谱响应信号。

5、优选的，所述特征提取与密钥生成组件对所述微观声学共振频谱响应信号进行快速傅里叶变换获取频域幅值谱，对所述频域幅值谱进行多级小波包分解提取指定频带的能量特征向量，对所述能量特征向量执行模糊提取处理，利用纠错码编码计算辅助数据并将所述辅助数据存储于所述区块链节点网络，将经过纠错码修正后的能量特征向量量化为所述二进制物理不可克隆函数序列，将所述二进制物理不可克隆函数序列作为确定性随机比特发生器的种子输入，通过所述确定性随机比特发生器输出符合椭圆曲线密码学要求的随机大整数作为私钥，基于所述私钥与椭圆曲线基点计算生成公钥。

6、优选的，所述区块链节点网络接收所述公钥与所述金属门窗的属性数据，将所述属性数据中的制造批次、材质型号与安装坐标拼接为明文属性字符串，利用哈希运算对所述明文属性字符串与所述公钥进行联合哈希计算生成属性摘要值，将所述属性摘要值、所述公钥以及所述明文属性字符串中的安装坐标写入智能合约的存储槽位，所述智能合约部署在所述区块链节点网络的创世区块中，所述智能合约包含身份状态转移逻辑，所述身份状态转移逻辑接收所述身份验证组件的验证结果并更新所述存储槽位中的身份状态标志位。

7、优选的，所述身份验证组件基于所述当前物理特征哈希值与所述数字身份凭证执行零知识证明协议交互时，所述身份验证组件作为证明者生成随机盲化因子，基于所述随机盲化因子与所述当前物理特征哈希值计算承诺值，将所述承诺值广播至所述区块链节点网络，所述区块链节点网络中的验证节点基于所述承诺值生成随机挑战数并返回至所述身份验证组件，所述身份验证组件利用所述随机挑战数、所述随机盲化因子与所述私钥计算响应值，将所述响应值提交至所述验证节点，所述验证节点根据所述响应值、所述承诺值、所述随机挑战数与所述分布式账本中存储的公钥进行双线性映射校验。

8、优选的，所述身份验证组件在接收到所述验证请求时，提取所述验证请求中携带的时间戳参数与验证发起方网络地址参数，将所述时间戳参数与所述区块链节点网络的共识时间进行比较，若所述时间戳参数与所述共识时间的差值超出预设阈值则拒绝执行所述零知识证明协议交互，若未超出预设阈值则将所述时间戳参数、所述验证发起方网络地址参数与所述当前物理特征哈希值组合生成待验证复合哈希输入值，基于所述待验证复合哈希输入值执行后续零知识证明协议交互。

9、优选的，所述声学激励组件还连接温度传感器，所述温度传感器采集所述金属门窗框体的当前表面温度值与所述声学换能器所在环境的环境温度值，所述声学信号采集组件依据所述当前表面温度值与所述环境温度值的差值在预设的温度-声速映射表中查询对应的声速补偿系数与介质折射率偏移量，利用所述声速补偿系数对所述线性调频脉冲信号的脉冲压缩结果进行相位补偿修正，利用所述介质折射率偏移量对所述卡尔曼滤波器的状态转移矩阵参数进行动态修正，将相位补偿修正后的脉冲压缩结果输入动态修正后的卡尔曼滤波器，以对所述微观声学共振频谱响应信号进行温度漂移补偿。

10、优选的，所述特征提取与密钥生成组件对所述频域幅值谱进行多级小波包分解时，计算各层小波包节点的信息熵值，将信息熵值低于预设熵阈值的节点所对应的频带滤除，保留信息熵值高于预设熵阈值的节点所对应的频带作为目标频带，将所述目标频带中小波包分解系数绝对值大于预设系数阈值的分量置零，对置零处理后的目标频带进行重构获取去噪频域幅值谱，提取所述去噪频域幅值谱的能量特征向量输入模糊提取处理。

11、优选的，所述智能合约的身份状态转移逻辑在更新所述存储槽位中的身份状态标志位时，获取所述区块链节点网络中各共识节点对所述身份验证组件提交的响应值的验证投票权重，所述验证投票权重基于各共识节点持有的权益份额与节点网络延迟参数的乘积确定，统计所述验证投票权重之和超过全网络总投票权重2/3的验证结果作为最终验证共识，依据所述最终验证共识触发所述智能合约将所述存储槽位中的身份状态标志位由未验证状态切换为已验证状态。

12、一种基于区块链的金属门窗防伪身份认证方法，包括：向金属门窗框体发射预设频段的宽带声学脉冲信号；采集所述金属门窗框体在所述宽带声学脉冲信号激励下产生的微观声学共振频谱响应信号；将所述微观声学共振频谱响应信号进行量化编码生成二进制物理不可克隆函数序列，并基于所述二进制物理不可克隆函数序列通过椭圆曲线密码运算生成所述金属门窗绑定的公私钥对；将所述公私钥对中的公钥与所述金属门窗的属性数据封装为数字身份凭证并写入分布式账本；在接收到验证请求时重新向所述金属门窗发射宽带声学激励，提取当前物理特征哈希值，并基于所述当前物理特征哈希值与所述分布式账本中的数字身份凭证执行零知识证明协议交互，以确认物理实体与链上状态对应关系。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、1.提取金属门窗框体在声学激励下产生的微观声学共振频谱响应，将其量化编码为物理不可克隆函数序列，并基于此生成公私钥对，将公钥与属性数据封装上链。金属材质的微观声学特征由内部晶格结构与应力分布决定，无法被物理复制或提取。将物理特征转化为密码学密钥对，使物理实体直接参与密钥生成过程，建立起物理实体与链上数字身份的密码学硬绑定，阻断标识被剥离转移后身份冒用的路径，消除物理实体与数字身份脱离的隐患。

15、2.在验证阶段重新向金属门窗发射声学激励，提取当前物理特征哈希值，与链上身份凭证执行零知识证明协议交互。验证过程直接对金属门窗本体的物理特征进行现场探测，无需依赖外挂标识，验证时的核验依据基于当前物理特征重构，使得每次验证均与实体当前状态实时关联。采用零知识证明协议交互，在不暴露原始物理特征数据的前提下完成身份核验，防止声学特征数据在传输过程中被截获分析，保障身份认证协议的抗窃听能力。

16、3.采集声学共振信号时采用线性调频脉冲信号与脉冲压缩处理，并引入卡尔曼滤波抑制环境噪声；根据金属门窗表面温度与环境温度差值，动态查询声速补偿系数与介质折射率偏移量，对脉冲压缩结果进行相位补偿并对卡尔曼滤波状态转移矩阵进行修正。此处理方式克服温度变化导致声学共振特征漂移的物理现象，保障不同温度环境下物理特征提取的稳定性与一致性，提升身份认证系统在复杂物理环境下的鲁棒性。