请问星火链网BID标识解析是否支持二进制解析协议

[lwj-yamu]

动机

为了实现BID标识高性能解析，设计一种基于UDP协议的、星火链网链下的、兼顾物联网低功耗终端和互联网终端，协议灵活、可扩展的、二进制标识解析协议。

生命周期

提出日期：2022-12-29
演示日期：2022-12-29
接受日期：2023-1-5
采纳日期：2023-04-05

[CAICT-DEV]

认可关于“星火链网BID标识二进制解析协议”的提议，现将拟定关于“星火链网BID标识二进制解析协议”的RFC标准，分配编号RFC-011。

[CAICT-DEV]

1.序言

编号：RFC-011
类型：标准
标题：星火链网BID标识二进制解析协议规范
作者： 金键，jin.jian@caict.ac.cn；谢家贵，xiejiagui@caict.ac.cn；李志平，lizhiping@caict.ac.cn；张波，zhangbo3@caict.ac.cn；郭世杰，guoshijie@caict.ac.cn
发布时间：2022-12-29
状态：演示
更新时间：2022-12-29
讨论地址：#14
依赖RFC：星火链网RFC-005：星火链网BID标识解析协议规范

2.摘要

本文介绍星火链网BID标识二进制解析和使用的规范定义。

3.动机

为了实现BID标识高性能解析，设计一种基于UDP协议的、星火链网链下的、兼顾物联网低功耗终端和互联网终端，协议灵活、可扩展的、二进制标识解析协议，本篇RFC是对该协议的具体阐述。

4.原理

4.1.架构

BID的架构参见星火链网RFC-004：星火链网BID标识管理规范中的BID架构。
主链和子链链下支持BID高性能解析，支持与链上BID注册数据同步。

4.2.协议元数据

BID的协议元数据为BID文档。BID文档遵循DID Document规范，并在之基础上做了一定的扩展。
BID文档字段说明参见星火链网RFC-004：星火链网BID标识管理规范中的协议元数据。

4.3.BID协议解析

BID解析是指获取给定BID的BID文档的过程,所有主链上的超级节点和接入星火链网的子链均需支持BID解析。

4.3.1.主链解析架构

主链支持解析主链BID文档、子链解析服务地址两类数据。解析主链BID文档分为解析主链普通属性BID文档和解析凭证属性BID文档。解析子链解析服务地址又分为根据带AC号的BID解析子链的解析服务地址和根据AC号解析子链的解析服务地址。

1.解析主链普通属性BID文档

2.解析主链凭据属性BID文档

3.根据带AC号的BID解析子链解析服务地址

4.3.2.子链解析架构

5.协议规范

二进制解析协议传输使用UDP通信协议，使用二机制编码。

5.1.协议要素

BID协议遵循以下规范，以确保不同实现之间的互操作性。确保不同实现之间的互操作性。

5.1.1.传统要素

1. 网络传输遵循大端序。
2. 允许使用UDP/TCP/HTTP/HTTPS传输，TCP/UDP建议端口都是3301。
3. 使用UDP传输时，最大长度限制1024字节内，超过长度的需要被分割为多个数据包传输，每个分片数据包中包含对应的序列号。
4. 因网络或服务器性能影响，UDP数据包的重传时间间隔建议为2-5秒。
5. 使用TCP传输时，服务端应支持多个TCP连接。默认情况下，服务端应该在请求完成后，关闭TCP连接。
6. BID文档通过unit数据格式组合构建，每个unit包含ID、长度、unitPayload三部分，如下，其中unitPayload字段仍然可以是unit格式。

ID	Length	unitPayload
2字节	2字节	unit数据

5.1.2.协议要素

BID协议的每一条传输数据包含三个部分：消息头、消息体、消息签名。

5.1.2.1.消息头

消息头部分是必须存在的，消息头通过option字段，可扩展，最小16个字节。如下：

• version：4 bit，版本号。
• headerLength：4 bit，单位是4字节，消息头长度最长是60字节。
• flag：16 bit, 2个字节。
  • QR(Query Response)：1 bit，请求/应答标志位。置0表示查询请求；置1表示查询应答。
  • TC(TrunCation)：1 bit，消息体分片标志位。置0表示消息体没有分片；置1表示消息体有分片。
  • RD(Recursion Desired)：1 bit，递归查询标志位。客户端希望服务器对此次查询进行递归查询时将该位置1，否则置0。响应时RD位会复制到响应报文内。
  • DT(Do Trust)：1 bit，可信验证标志位。表示是否对结果进行可信解析认证，在请求中设置此位为1，表示需要对解析结果做认证，在回复中设置此位为1，表示没有对解析结果做可信验证。
  • TR(Trust Result)：1 bit，可信验证结果标志位。置0表示可信解析失败；置1表示可信解析成功。
  • CT(CerTified bit)：1 bit，消息签名标志位。CT被置位,表示要求服务器对其应答进行签名。CT被置位的应答表示消息已被签名。如果请求时CT被置位，服务器必须对应答数据签名。如果服务器不能在应答中提供有效的签名，客户端应该丢弃应答并视此请求失败。
  • opCode：4 bit，标记是解析查询、注册管理等。
  • 其他bit待后续扩展。
• unUsed：1个字节，待扩展。
• replyCode：2个字节, 标记应答结果类型。
• messageID：2个字节，分片数据包ID。
• TransactionID：4个字节，会话ID，用于请求和应答对应。
• messageLength：4个字节，消息数据长度，包含消息体和消息签名。
• option：
  • optionType (1个字节) + optionPayload

5.1.2.1.1.Opcode定义

opCode	名称	说明
0	QUERY	标准查询。通过BID查询BID文档或其相关属性
1	REVERSE QUERY	反向查询。通过某些BID属性，查询属于哪个BID
2	BID UPDATE	BID管理。BID文档的添加、删除等操作

5.1.2.1.2.Rcode定义

返回码	返回码说明
1(success)	对一次成功的解析
2(error)	发生错误
3(server too busy)	服务器忙
4(protocol error)	协议错误
5(operation not supported)	不支持的操作
6(not found)	没有找到标识
7(server not response)	服务器没有响应
8(field not found)	不存在的字段
9(verify failed)	签名验证失败
10(nonexistent chain code info)	不存在AC号
11(authentication required)	需要对客户端做认证，客户端重新发起认证查询
255	Rcode值在扩展Option字段中

5.1.2.1.3.Option定义

option数据有两部分组成：optionType (1个字节) + optionPayload。其中，不同的optionType对应不同的定长的optionPayload数据。长度不足4个倍数的部分，填充0补足。

5.1.2.2消息体

消息体部分包含了每一个协议操作的特定数据。它的格式根据消息头部中操作码和应答码的不同而变化。消息体有可能是空的。消息体的内容受消息签名数据的保护。
消息体总是跟在消息头部之后。消息体的字节长度可以通过消息头部中的来确定。定义如下：

1.消息体定义:

• 消息体有N多个unit组成
• unit可以任意拆分、组合

2.unit定义：

• ID: 2个字节
• length: 2个字节
• payload: payload仍然可以是unit

3.每种type类型，都有自己的payload格式定义

unitPayload部分如果包含unit数组，则，这些unit串行拼接在unitPayload数据区中。例如，消息体包含4个unit，分别是unit 100和3个unit 200，则unitPayload数据如下：

unitID范围定义如下：

unitID范围	说明	备注
0x0-0xFF	预留范围
0x1000-0x1FFF	URP1.0协议定义范围
0x2000-0x9FFF	URP2.0协议定义范围
0xA000-0xCFFF	URP2.0协议自定义扩展范围
0xD000-0xFFFF	URP2.0预留范围

5.1.2.3.消息签名

消息签名为客户端和服务器之间交换的任何消息提供传输安全机制。一个非空的消息凭据可能包含了数字签名（来自消息的最初生成者）或者基于提前建立的会话密钥生成的单向消息认证码（MAC）。
消息签名可用于客户端和服务器之间的消息认证。它还可以用于检验传输完成的数据的完整性。
消息体签名是一个特殊的Unit,包含三部分：

• creator：签名的BID公钥ID，也是一个unit
• digestAlgorithm：签名的摘要算法，也是一个unit
• signatureValue:签名数据，也是一个unit

5.1.3.消息传输

超过1024字节的BID协议数据包，在以TCP/UDP传输过程中，可能会被分片，分成多个数据包传输。消息接收者需要将这些分片的数据包重组后，再处理。分片数据包只能针对消息头之外的部分。
分片的数据包的消息头的TC标志位置1。第一个分片数据包的messageID是1，后续其他的分片数据包依次加1。

5.2.协议操作

本节定义BID协议客户端和服务端的之间的信息交换，以及不同opcode和rcode对应的消息体格式。

5.2.1.BID解析

标准查询请求必须设置其消息头部的为QUERY，为0。

5.2.1.1.消息解析

5.2.1.1.1.BID文档查询请求

BID查询请求的消息体是一个unit，定义如下：

Unit类型	UnitID	Payload	说明
didDocument.query	1	unit

Payload定义如下：

Payload字段	类型	说明
UnitID	Short,2字节	BID字段的unit ID，0表示查询BID文档
didDocument.id	String	bid
FieldID	String	指定查询的字段，可选参数

5.2.1.1.2.BID文档应答

返回普通BID文档

unit名称	unitID	类型	说明
bidDocument	0x2100	unit	BID文档
bidDocument.version	0x2101	string	BID文档的版本
bidDocument.id	0x2102	string	解析的BID
bidDocument.publicKey	0x2110	unit	公钥
bidDocument.publicKey.id	0x2111	string	公钥id
bidDocument.publicKey.type	0x2112	string	公钥算法类型
bidDocument.publicKey.controller	0x2113	string	一个BID表明此公钥的归属
bidDocument.publicKey.publicKeyHex	0x2114	string	十六进制公钥
bidDocument.authentication	0x2100	unit	一组公钥id
bidDocument.alsoKnownAs	0x2120	unit	关联id
bidDocument.alsoKnownAs.type	0x2121	Int	关联id的类型
bidDocument.alsoKnownAs.id	0x2122	string	关联id
bidDocument.extension	0x3000	unit	扩展字段
bidDocument.extension.recovery	0x3100	unit	一组公钥id
bidDocument.extension.ttl	0x3200	Long	缓存时间，单位秒
bidDocument.extension.delegateSign	0x3300	unit	第三方对publicKey的签名，可信解析使用
bidDocument.extension.delegateSign.signer	0x3310	string	签名公钥id
bidDocument.extension.delegateSign.signatureValue	0x3320	string	签名的base64编码
bidDocument.extension.type	0x3400	Int	见附录属性类型
bidDocument.extension.attributes	0x3500	unit	一组属性,属性结构
bidDocument.extension.acsns	0x3600	unit	AC号列表
bidDocument.extension.acsns.acsn	0x3610	string	AC号
bidDocument.extension.acsns.acsnAddress	0x3620	string	AC号对应的子链的解析地址BID
bidDocument.extension.verifiableCredentials	0x3700	unit	凭证列表，只有主链非凭证类型的BID文档才可能有本字段
bidDocument.extension.verifiableCredentials.id	0x3710	string	凭证ID
bidDocument.extension.verifiableCredentials.type	0x3720	Int	凭证类型
bidDocument.service	0x2130	unit	一组服务地址
bidDocument.service.id	0x2131	string	服务地址的ID
bidDocument.service.type	0x2132	string	字符串，代表服务的类型
bidDocument.service.serviceEndpoint	0x2136	string	服务的URL地址
bidDocument.created	0x2104	string	创建时间
bidDocument.updated	0x2105	string	上次的更新时间
bidDocument.proof	0x2140	unit	签名信息
bidDocument.proof.creator	0x2141	string	签名公钥id
bidDocument.proof.signatureValue	0x2142	string	签名的base64编

当server.type为子链解析服务时，service结构如下：

unit 名称	unitID	类型	说明
bidDocument.service.id	0x2131	string	服务地址的ID
bidDocument.service.type	0x2132	string	字符串，代表服务的类型
bidDocument.service.version	0x2133	string	解析服务支持的BID协议版本
bidDocument.service.protocol	0x2134	Int	解析服务支持的传输协议
bidDocument.service.serverType	0x2135	Int	解析地址类型
bidDocument.service.serviceEndpoint	0x2136	string	解析地址
bidDocument.service.port	0x2137	Int	解析端口

5.2.1.2.BID公钥字段解析

5.2.1.2.1.BID公钥字段查询请求

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x2200。

5.2.1.2.2.BID公钥字段应答

unit 名称	unitID	类型	说明
bidDocumentField	0x2200	unit	解析结果
bidDocument.version	0x2101	string	BID文档的版本
bidDocument.id	0x2102	string	解析的BID
bidDocument.publicKey	0x2110	unit	公钥
bidDocument.publicKey.id	0x2111	string	公钥id
bidDocument.publicKey.type	0x2112	string	公钥算法类型
bidDocument.publicKey.controller	0x2113	string	一个BID表明此公钥的归属
bidDocument.publicKey.publicKeyHex	0x2114	string	十六进制公钥

5.2.1.2.3.BID指定公钥字段解析

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x2200，fieldID是请求公钥字段id。

5.2.1.2.4.BID指定公钥字段应答

参考5.2.1.2.2章节。

5.2.1.3.BID属性字段解析

5.2.1.3.1.BID属性字段查询请求

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x2700。

5.2.1.3.2.BID属性字段查询应答

Unit 类型	Unit ID	类型	说明
data.didDocument	0x2200	unit	解析结果
data.didDocument.version	0x2101	String	BID文档的版本
data.didDocument.id	0x2102	String	解析的BID
data.didDocument.extension.attributes.key	0x3510	String	属性的Key
data.didDocument.extension.attributes.desc	0x3520	String	属性的描述
data.didDocument.extension.attributes.encrypt	0x3530	int	是否加密，0非加密，1加密
data.didDocument.extension.attributes.format	0x3540	String	Image、text、video、mixture等数据类型
data.didDocument.extension.attributes.value	0x3550	String	属性自定义value
data.didDocument.extension.attributes.proof	0x3560	unit	签名证明
data.didDocument.extension.attributes.proof.creator	0x3561	String	proof 的创建者，这里是一个公钥的 id
data.didDocument.extension.attributes.proof.signatureValue	0x3562	String	使用相应私钥对凭证内容的签名

5.2.1.4.BID AC号字段解析

5.2.1.4.1.BID AC号字段查询请求

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x2800。

5.2.1.4.2.BID AC号字段查询应答

unit 名称	unitID	类型	说明
bidDocumentField	0x2100	unit	解析结果
bidDocument.version	0x2101	string	BID文档的版本
bidDocument.id	0x2102	string	解析的BID
bidDocument.extension.acsns	0x3600	unit	AC号列表
bidDocument.extension.acsns.acsn	0x3601	string	AC号
bidDocument.extension.acsns.acsnAddress	0x3602	string	AC号对应的子链的解析地址BID

5.2.1.4.3.BID指定AC号查询请求

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x2800。fieldID是指定的ac码。

5.2.1.4.4.BID指定AC号查询应答

参考5.2.1.4.2章节。

5.2.1.5BID凭证列表字段解析

5.2.1.5.1.BID凭证列表字段查询请求

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x2900。

5.2.1.5.2.BID凭证列表字段查询应答

unit 名称	unitID	类型	说明
bidDocumentField	0x2100	unit	解析结果
bidDocument.version	0x2101	string	BID文档的版本
bidDocument.id	0x2102	string	解析的BID
bidDocument.extension.verifiableCredentials	0x3700	unit	凭证列表，只有主链非凭证类型的BID文档才可能有本字段
bidDocument.extension.verifiableCredentials.id	0x3710	string	凭证ID
bidDocument.extension.verifiableCredentials.type	0x3720	Int	凭证类型

5.2.1.6.BID服务地址字段解析

5.2.1.6.1.BID服务地址字段查询请求

参考5.2.1.1.1章节， unitPayload中的unitID为0x3000。

5.2.1.6.2.BID服务地址字段查询应答

unit 名称	unitID	类型	说明
bidDocumentField	0x2100	unit	解析结果
bidDocument.version	0x2101	string	BID文档的版本
bidDocument.id	0x2102	string	解析的BID
bidDocument.service.id	0x2131	string	服务地址的ID
bidDocument.service.type	0x2132	string	字符串，代表服务的类型
bidDocument.service.version	0x2133	string	解析服务支持的BID协议版本
bidDocument.service.protocol	0x2134	Int	解析服务支持的传输协议
bidDocument.service.serverType	0x2135	Int	解析地址类型
bidDocument.service.serviceEndpoint	0x2136	string	解析地址
bidDocument.service.port	0x2137	Int	解析端口

5.2.1.6.3.BID指定服务地址字段解析

参考5.2.1.1.1章节，unitPayload中的unitID为0x3000, fieldID是要请求service.id。

5.2.1.6.4.BID指定服务地址字段查询应答

参考5.2.1.6.2章节。

5.2.2.服务端的失败响应

unitid是errResponse 0x2010 ，unitPayload部分包含两个unit，如下：

unit 名称	unitID	unitPayload	说明
didDocument.id	0x2102	string	解析的BID
Result.msg	0x2011	string	失败原因

5.2.3.客户端认证

客户端在访问某些特殊BID解析服务器的时候，BID解析服务器需要验证客户端的身份。
BID协议的客户端认证，通过在传输层和BID协议层之间增加TLS层，即通过TLS协议实现客户段的认证，具体可参考rfc2246、rfc4346、rfc5246、rfc8446。

6.实现

BID可广泛应用于工业制造、物流以及产品销售环节，基于制造业BID应用的特殊性，除了安全性要求外，对于BID注册、解析性能有一定要求。通过BID标识二进制解析协议的应用，可适应物联网、工业制造业BID应用需求。

1.供应链运输产品配件至产品制造工位，通过解析包装BID解析出配件BID以及配件技术参数等，用于新产品制造；
2.制造工位生产新产品，通过BID注册服务注册新产品BID，包含新产品使用的配件信息，产品参数等；
3.仓储环节通过BID注册服务注册运输包装BID，包装内包含产品BID；
4.销售环节通过BID注册服务注册订单BID，订单包含包装BID信息；

7.缺陷

暂无

[lwj-yamu]

5.3.协议安全与扩展

5.3.1.变长消息头

BID协议需要兼顾物联网低功耗终端和互联网终端，协议设计需要灵活、可扩展。消息头的格式采用变成设计。

• 定长：消息解码简单，可扩展性差。为考虑后续扩展，消息头的定义会比较长，在物联网低功耗终端或受限的网络中传输，可能存在问题。

• 变长：扩展性好，但是解码复杂。

5.3.2.传输安全

为保证传输过程中的数据安全，通过在TCP/UDP传输协议层与BID协议层之间增加TLS层，即，通过TLS加密的方式，保证数据传输的安全性。

5.3.3.用户安全

BID协议的客户端认证，通过在传输层和BID协议层之间增加TLS层，即通过TLS协议实现客户端的认证。

5.3.4.服务安全

BID服务端通过对客户端认证，只对被允许的客户端提供服务，保证服务端的安全性。通过在传输层和BID协议层之间增加TLS层，即通过TLS协议实现客户端的认证。

5.3.5.可信解析

可信解析主要是对BID文档的公钥和签名内容进行可信验证，遵循DPKI规范。
DPKI系统中，每个BID都可以自己对自己进行身份认证，不再依赖于CA中心，每个BID基于区块链的共识协议建立和维护他人的信任。但在实际的区块链系统中，每个设备在同步这些共识数据的时候，需要大带宽和大量存储空间，这在资源受限制且计算能力有限的物联网设备中，是不可接受的。可以通过在星火链网内建立多个为普通BID 消息publickKey签名认证的认证BID（即，权威机构的BID，可以作为CA中心）,保证数据来源的可靠性，确保递归解析过程中每个经过的解析服务都是可信的，被这些BID认证的其它BID，就认为是可信的。

5.3.5.1.可信验证

可信认证行为包含两部分，如下：

1.对BID的publicKey的签名认证

• extension：BID扩展字段。

  • delegateSign: 选填字段。第三方对publicKey的签名，可信解析使用。包括：signer、digestAlgorithm和signatureValue。
    • signer ：签名者，这里是一个公钥的id。
    • digestAlgorithm：签名里的摘要算法,支持SHA-256和SM3两种。
    • signatureValue: 使用相应私钥对publicKey字段的签名。

2.对BID文档内容的签名认证

• proof：选填字段。消息所有者对消息内容的签名，包括：creator、digestAlgorithm和signatureValue。
  • creator：proof的创建者，这里是一个公钥的id。
  • digestAlgorithm：签名里的摘要算法,支持SHA-256和SM3两种。
  • signatureValue：使用相应私钥对除proof字段的整个BID文档签名。

BID解析器需要在本地保存认证BID列表中所有BID的公钥。在可信解析链的验证过程中，如果BID是在认证BID列表中，则使用该BID的本地公钥验签该BID文档，完成可信解析流程。

5.3.5.2.可信声明验证

BID文档中的凭据字段是可验证性声明，权威机构用自己的BID给用户的BID文档中“attributes”字段中的某些属性做签名，给这些属性做背书，表示这些属性是权威的。
在BID凭据字段验证过程中，需要考虑时间是否失效，是否被吊销。

5.3.5.3.解析服务信任验证

查询BID公钥被其他BID直接签名，该BID文档的所有者是其他BID。验证流程如下：

[CAICT-DEV]

认可关于“星火链网BID标识二进制解析协议”中关于“5.3 协议安全与扩展”的补充。