DID和VC：揭开网络信任中的去中心化身份和可验证凭证

摘要

去中心化的身份和可验证凭证被认为是自主和隐私友好的替代方案，而不是集中化和专有的认证服务。目前存在一个W3C标准，它试图统一现有的建议，并为去中心化的识别和验证找到一个公共层。然而，与集中式的认证平台相比，去中心化身份在可信性、隐私性和可用性等方面存在一定的局限性。文中首先描述了创建、共享和验证可验证凭证所需的所有工作流，然后讨论了去中心化身份在信任、隐私和可用性方面的限制。总结了当前标准提出的去中心化认证涉及的工作流程。展示了在为实际实现共享DID时需要考虑的现有限制和缺点，并给出了可能的解决方案和未来方向的概述。

关键字
去中心化身份，DID，可验证凭证，VC，可验证声明，区块链，信任，W3C，信任网络

引言

认证和验证已成为万维网面临的主要挑战之一。这不仅适用于个人，也适用于物联网环境下的机构和设备。在集中式机构和专有服务的主导下，身份验证领域变得更加集中，而不像最初设计和期望的那样自治。随着区块链技术和分布式账本的出现，一种全新的、完全去中心化的、无权限的账本管理方法被建立起来，这种方法有望实现自我管理和自我主权。最近，去中心化身份（DIDs）和可验证凭证（VCs）被提出，作为一种现代的、去中心化的、轻量级的认证方法[13,18]。DIDs在很大程度上建立在分布式账本技术的基础上，并将它们用作主要的构建块。由VCs补充，这允许对服务和应用程序进行纯粹的非有形和数字认证。一个DID充当一个唯一的身份，引用一个DID文档，其中包含关于一个身份的信息。然后VCs用于存储和表示机器可读的凭证。

然而，存在一些限制，仅靠DIDs和VCs还不足以毫无疑问地证明身份。此外，当前正在发展的DID方法之间的互操作性是有限的，可用性问题（如存储和管理加密密钥材料）是显而易见的。本文描述了去中心化身份的工作流程，并讨论了所提出的标准的实用性[13,18]。本文的贡献有两方面：首先，描述了DIDs和VCs环境中发布方、接收方和验证方的角色，概述了从创建DID到验证声明的完整工作流程。这是按照标准进行的。其次，讨论了去中心化身份的局限性，并分析了其中的信任假设。本文的结果既可作为其他计划使用DIDs和VCs的人的指南，也可作为在现有或新的用例中实现DIDs和VCs的基础。

论文的其余部分结构如下：第2节提供了关于DIDs、VCs和自主身份（SSI）的信息。第3节详细描述了工作流程。第4节讨论了DIDs和VCs的局限性和开放性问题。第5节概述了SSI生态系统的三个主要贡献者，第6节总结了本文并展望了未来的工作。

背景

本节介绍了工作流描述的相关背景，以及与DIDs和VCs有关的开放问题的讨论。

自我主权身份

SSI是一种身份概念，其中个人可以自由声明其自己的身份，而无需集中式可信方[14]。除了集中式或联合身份之外，没有任何一个可信方或一个已定义的可信方子集充当此类根[1]。这个概念随着区块链技术的出现而发展，它为建立一个完全去中心化和SSI提供了必要的生态系统。根据[1]，这种身份概念的关键属性可以总结如下：(i)身份的声明独立于其他实例和声明，在所有者的完全控制下，包括访问所有相关数据，并且通常寿命长;系统和算法是开放的，从而确保各方之间的充分可移植性和互操作性；(iii)任何资料的公布必须得到资料所有人的同意，最低限度地保存资料，而且资料所有人的权利在任何时候都必须受到保护。总之，它定义了DIDs的框架，并试图在DIDs的W3C标准[14]中实现。

角色

与DIDs相关的角色以及这个标准[14]所描述的角色是主体、接收方和依赖方。请注意，本文部分使用了不同的术语，以遵循常见的加密表示法。主体表示为发布方，信赖方表示为验证方。

去中心化的身份

DID是一个全局唯一的引用，链接到DID文档，形式为DID:<DID method>[14]。DID方法是对特定的分布式账本或网络的引用，方法特定的标识符允许在该引用中解析DID。给定一个DID，用户可以检索所引用的DID文档，就像通过URL定位（例如，Web资源）一样。

方法和文件

DID方法是关于如何在特定区块链或分布式分类帐中解决DID以及如何编写和更新DID文档的具体描述。DID文档是一种用JSON等格式表示的结构，包含有关身份的信息，如公钥。DID文档还包括对服务端点的引用，发布者可以在其中操作某些服务，例如VCs的存储库。一个分布式账本的例子是Sovrin[17]，其中包括一个指定的DID方法，可以存储用于建立和维护SSI的DID文档。

可验证的证书，声明和陈述

VC是一种机器可读的凭证形式，即根据[18]规范，具有密码学上的安全和隐私保护。VC与一个DID文件中的DID绑定，从而与一个身份联系在一起。在图1中展示了一个包含名称属性的VC示例。
VC由发行方创建并发送给接收方。它包含一组关于属性的声明，例如，姓名、出生日期、等级、ID或发布方希望赋予接收者的其他信息。为了将声明转发给验证者，需要创建一个表示。表示只允许显示属性的一个子集，例如显示出生日期属性而不显示name属性。

工作流

在本节中，按照标准[14]介绍了从创建DID开始，到验证由VC生成的索赔结束的工作流程。工作流程被涉及的参与者分开:风险投资的发行人(I);VC的接收者(R)和所选索赔的验证者(V)。整个工作流如图2所示。我们将在下面的第4节中讨论限制和缺点。

发行方

在本节中，描述了VC从I到R的发行流程。

为I创建一个DID：发行VC的第一步是创建DID。我可以选择一个DID方法。可以在[19]中找到可用DID方法的列表。此外，我可以选择是为每个VC创建一个新的DID，还是为所有VC使用相同的DID。然而，在我应该被公开验证的情况下，例如，当我由一所大学代表的情况下，将没有必要创建多个DIDs。
[可选]更新DID文档：DID的对应加密密钥在DID文档中描述，可以通过只知道DID来解决。我可以有多个DID文档，例如，描述密钥更新操作。注意，DID的所有者负责私钥的备份。如果我丢失了私钥，没有默认的方法来恢复它[3]。
R的收集和验证：一旦创建了DID和相应的DID文档，在生成VC之前，我需要知道R的DID。为此，我需要提供一种方法来收集和（如果需要的话）验证R的身份。如果需要身份检查，则取决于VC的类型，例如，代表出席确认的VC需要比代表护照或驾照的VC更弱的身份检查。
向R发出VC：在我创建了一个DID并收集了R的DID之后，我就能够创建一个新的VC。VC至少包括I和R的DID，并且数字符号是I的DID。VC创建完成后，我会将其发送给R。
[可选]撤销VC：将VC交给R后，我无法再删除已发出的VC。然而，一些DID方法描述了一种撤销已经发布的VCs的方法，例如Sovrin使用加密累加器[17]来撤销。

接收方

在这一节中，描述了VC接收器(R)的工作流程。

为R创建DID：R需要在能够接收VCs之前创建一个DID。这个过程类似于为验证者V创建一个DID。R可以为每个VCs创建一个新的DID。这将保护R的隐私，因为它使V或其他验证者更难将签发给同一接收者R的不同VCs链接起来。R完全负责备份自己的私钥。I可以由雇佣IT专家的组织（如大学或政府）代表，而R则由没有管理密钥知识的个人代表。
与I共享DID：要接收VC，R需要与发行人I共享DID。这取决于I，这个操作是如何工作的，以及是否需要额外的识别机制。
从I接收VC：成功建立一个DID并与发行人I共享后，我将创建VC并将其传递给R。一旦这个过程完成，R就可以与任何人分享VC中包含的选定索赔。
从VC中为V创建VP：VC包含一个或多个主张，例如关于R的名称、出生日期、类型或其他信息。为了保护隐私，R能够从与VC相关的主张中选择一个子集，并根据这些选择的属性创建一个VP。VP只包含需要的信息，而不是R愿意分享的信息。
与V共享VP：创建的VP可以与V共享。这个过程并没有标准的流程，它取决于R和V使用的通信方法。

验证方

在本节中，描述了VC中V的工作流程。

接收一个VP：与I和R不同，V在验证一个副总裁之前不需要创建一个DID。为了验证一个VP，V首先需要接收它。VP的传递依赖于R和V的通信方式1。
从I和R中解析DID文档：一个VP包含一个或多个关于R的Cs。对于每个声明，必须完成以下验证步骤:要验证一个声明，第一步是收集R和I的DID文档。从DID文档中解析DID文档的过程在DID方法规范中描述。
验证R和I的签名：如果C的签名是由I和R生成的，那么V可以使用附在解决的DID文档上的密钥进行验证。
检查撤销信息：如果DID方法允许撤销VC，V需要检查VC是否仍然有效且未被撤销。这个过程必须由DID方法规范描述。
验证R和I的身份：检查C是否有效的最后一步是验证R和I的身份。这个过程在DID的W3C标准[14]中没有描述。在撰写本书时，标准中并没有提出用于标识DID背后身份的自动化工作流。

讨论

本节讨论与DIDs和VCs相关的问题，如信任假设和隐私，以及与撤销和可用性方面相关的挑战。在撰写本文时，这些问题在标准中没有得到充分的解决。

信任

DIDs旨在将身份验证从集中式身份验证提供者（例如集中式方法或联合，如OAuth[9]）转移到去中心化的基础设施。虽然这是一个有希望的尝试，可以在匿名环境中使用（例如，公共公告栏），但这个生态系统面临着一些具体的、尚未解决的挑战。后者在法律互动和交易的背景下尤其明显。
密码学前提非常适合证明和验证DID的所有权，然而，没有集成的方法将真实身份连接到DID的所有者。虽然我们能够将VC附加到DID上，因此能够为DID背书个人信息（例如姓名、出生日期等），但标准没有描述如何建立对I的信任。

在传统的数字系统中，例如万维网，这通常由一个信任根或多个信任根促进，例如证书颁发机构（CA）。CA是经过认证的公司；他们的商业模式依赖于提供关于个人、机构和其他实体的真实身份与数字身份绑定的经过验证的最新信息。
在我们看来，有两种可能的解决方案：

一个有前途的方法是建立一个公共发行机构的信任网络。这也被应用于其他领域，如PGP[21]等电子邮件通信的身份。这将使可信机构能够为它们所了解的实体提供担保，并允许这些实体向其他方显示其证书，确保与现实世界的身份（如[4]）连接。
另外，可以通过将CAs[5]集成到DID生态系统[8]中来实现一种混合方法。这将去中心化的身份验证基础设施与已建立的信任根相结合

隐私

人们常说去中心化入侵检测和VC导致了“拥有”和“控制”数据的能力2。虽然这是一个有希望的主张，但在实践中是不可行的。
如果使用假名信息进行身份验证，与传统方法（例如假名电子邮件地址）相比，DIDs没有任何优势，因为提供的数据本身并不能说明用户的真实身份。曾经，个人资料与个人挂钩，例如姓名、出生日期、信用卡……，则该信息为R所拥有，并可用于进一步的手段（例如，广告）。除了合法的[10]声明外，数据的所有者没有强制删除的选择。
可以使用零知识证明的方式分享个人资料，例如证明某人年龄超过18岁，而不披露出生日期本身。然而，这只适用于关于属性存在和范围的特定声明。

撤销

原则上，有两个潜在的原因可以撤销凭证。

关键材料过期，丢失或被盗
VC的实际状态发生了变化，例如恶意获得学位，必须撤销学位。

DIDs和VCs的撤销是标准的一部分。但是，DID规范没有对DIDs和VCs的撤销和创建的时间戳进行声明。防篡改时间戳（在许多区块链网络中可用）允许证明DID或VC在一定时间内是有效的。例如，如果一所大学在一段时间内发布了多个VCs，并且由于泄露了关键材料而不得不撤销自己的VCs，则发布的VCs仍然有效（如果没有被撤销）。攻击者将无法再签发有效的证书，因为它们是在密钥材料被撤销之后签发的。区块链网络上的时间戳VCs将启用此功能。

可用性

DID生态系统基于公钥基础设施，其中用户完全控制他们的加密材料，例如私钥。这类似于基于区块链的系统，在其中用户控制对其资产[3]的访问。这导致了以下关于可用性的问题：

无法恢复丢失的私钥
认证形式完全基于信息，攻击可能导致重大数据和身份丢失
由于私钥的长度和随机性，私钥是不可能记住的。

总的来说，所有用户都有责任创建和管理他们私钥的安全备份。这可能导致最终用户的采用减少。通用认证框架[11]和相应的硬件可以增强用户体验和管理它们的密钥材料。

结论

文中概述了去中心化身份、可验证凭证和自主身份的基本特征。在介绍了术语和术语之间的关系之后，我们概述了一个示范工作流，其中讨论了各方进行可验证凭证的颁发、共享和验证所需的步骤。此外，我们还讨论了这些概念的困难和潜在问题，这些问题可能会阻碍进一步采用或导致引导过程中不必要的障碍。本文表明，这些概念目前是有希望的，但展示了这些系统中需要进一步增强的点。

致谢

感谢萨尔茨堡联邦政府的财政支持。

引用

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