基于区块链技术的DNS系统研究

一、引言

区块链技术最初由中本聪于2008年提出，原作为比特币的基础架构，却掀起了一轮创新热潮。如今，区块链技术被逐渐应用于金融、供应链、溯源、版权保护等实际应用场景。本文通过将区块链技术应用于现有DNS服务系统，改变域名系统中心化的模式，解决现有域名服务体系的管理弊端。

二、区块链技术

区块链是一种分布式数据库技术。在典型的区块链系统中，数据以区块为单位产生和存储，并按照时间顺序连成链式数据结构。所有节点共同参与区块链系统的数据验证、存储和维护。区块链并不是一项全新的技术，归根结底，它可被视为一个去中心化的数据库技术。在区块链系统中，共识算法具有重要作用。目前主流的共识算法有工作量证明机制 (Proof of Work, PoW) 、权益证明机制 (Proof of Stake, PoS) 、股权授权证明机制 (Delegated Proof of Stake, DPoS) 等。非对称加密技术在区块链的应用场景主要包括信息加密、数字签名和登录认证等。以比特币系统为例，一般通过调用操作系统底层的随机数生成器来生成256位随机数作为私钥。为便于识别，256位二进制形式的比特币私钥将通过SHA256哈希算法和Base58转换，形成50个字符长度的易识别和书写的私钥提供给用户。比特币的公钥是由私钥首先经过Secp256k1椭圆曲线算法生成65字节长度的随机数。该公钥可用于产生比特币交易时使用的地址，其生成过程为首先将公钥进行SHA256和RIPEMD160双哈希运算并生成20字节长度的摘要结果，再经过SHA256哈希算法和Base58转换形成33字符长度的比特币地址。

三、基于区块链的域名系统

采用区块链技术实现域名系统的革新，主要体现在它的分布式域名解析系统的特性上，具体包括安全性、快速访问、保护隐私等优势。

（一）系统架构

域名系统沿用分层思想，主要由两层链构成，一是由各顶级域(TLD)注册局组成的Root链;二是由顶级域注册局及其域内注册商、ISP等组成的TLD链。考虑到根域是域名系统的入口，其稳定性和一致性决定着整个系统的性能和安全，因此在Root链中加入网络标识多边协调委员会的中立角色，当各参与方在系统层面无法达成一致或系统故障的情况下，通过该中立角色的协调，各方重新达成一致，维护系统重新运行。在各TLD链中加入监督节点，同步链上域名数据，根据各域的政策和法律对域名系统进行监管。总体架构如图1所示。

（二）PoA共识

本系统采用联盟链场景的PoA (Proof of Authority)共识机制。此共识中，链上节点分两种角色，权威节点和普通节点。权威节点可以打包区块并对区块验证签名，参与共识过程，而普通节点只拥有签名和转发的权利。权威节点和普通节点可以互相转换，最初的权威节点由随机挑选的域名管理机构担任。在后续过程中有新节点加入时，先担任后备节点，经过一段时间的指标审查核能够晋升为权威节点，此过程由网络标识多边协调委员会协调各方投票完成。

具体的权威节点生成区块流程如下：a)每个节点在同一区块高度维护相同的权威节点列表，此列表在每个区块高度都会更新一次。列表是当前区块高度权威节点列表，但是各权威节点会有优先级的区分，在一个区块高度只有一个高优先级节点，具体通过MOD运算生成;b)在生成每个区块时，各权威节点都收集记录，模拟执行一段时间内的域名操作记录，判定各条记录的来源可靠性和合法性，对异常记录进行标记;c)节点验证记录完成后，将记录打包入块，生成相关区块信息;d)高优先级节点有权率先出块并广播生成的新区块，而低优先级节点需等待一段时间才能广播区块。如高优先级节点不能及时出块，其他副节点在N秒才有权广播区块，继续共识过程。其他权威节点收到新区块后对区块进行有效性验证，步骤如下：

a)所有共识节点在收到新区块后，验证区块签名、区块头、区块链内容，将不合法的区块丢弃;b)同时接收其他节点对此区块的验证，若收到超过1/2全网节点数目的确认则确定本区块合法，加入区块链，执行区块中的操作记录，维护各节点一致的域名信息状态。

四、结束语

传统的DNS系统由于中心化的系统结构引发的安全和性能的矛盾越发突出。区块链技术的引入有效缓解了域名系统面临的巨大压力。本文在DNS系统中继续沿用分层架构的同时，采用基于联盟链的双链结构，链上各节点通过投票共同参与域名的管理，在链中加入网络标识多边协调委员会和监督节点角色，在层级内部有效实现了去中心化。

摘要：域名系统（Domain Name System, DNS）作为解析互联网资源名字及互联网资源地址的基础服务，其重要性愈发突出。本文通过分析区块链技术，进而将区块链技术引入DNS系统，在层级内部有效实现了去中心化，对缓解DNS系统面临的压力提供了有效支撑。

关键词：DNS系统,区块链,共识,加密

参考文献

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