本文来自《OIDAA视界》，本篇文章作者：中国移动金融科技有限公司 刘鹏、王性国、王昊

随着数字经济的蓬勃发展，文旅行业正加速向数字化转型，数字门票、虚拟展览、NFT藏品等新型服务形态层出不穷。在此背景下，数字身份作为连接用户与服务的核心纽带，其安全性、可控性及便捷性成为行业关注的焦点。然而，传统数字身份管理方案普遍存在以下痛点:其一，私钥存储依赖中心化服务器，存在单点故障与数据泄露风险;其二，密钥恢复流程复杂，用户体验较差;其三，跨机构数据互通困难，难以支撑文旅生态的协同发展。

区块链技术的兴起为解决上述问题提供了新思路。其去中心化、不可篡改的特性可有效保障数据存证的可信性，而联盟链的许可机制则兼顾了隐私保护与监管合规需求。与此同时，超级SIM卡凭借硬件级安全芯片和主动交互能力，成为数字身份载体的理想选择。通过将区块链与超级SIM技术深度融合，构建“用户自主可控、数据全程可溯”的新型数字身份管理体系。

本文以“央博文旅”项目为实践载体，重点研究基于超级SIM卡的区块链密钥托管方案设计与实现。旨在通过超级SIM卡的安全特性与BSN联盟链的存证能力，为文旅用户提供分布式数字身份服务。研究目标包括:(1)支持双算法(ECDSAVSM2)的密钥托管机制，平衡安全性与用户便捷性；(2)构建分层加密与区块链存证结合的备份方案，实现私钥可恢复且不可篡改；(3)验证方案在数字门票兑换等文旅场景中的实际效能。

本文的贡献在于:首次将超级SIM卡的安全芯片能力与联盟链存证技术结合，提出适用于文旅场景的密钥托管范式；通过分层加密与分片存储策略，在保证私钥安全的前提下简化恢复流程；为数字身份在元宇宙、跨链互认等前沿领域的扩展提供技术储备。研究结果对推动文旅行业数字化转型构建可信数字生态具有重要参考价值。

图1区块链可信数据存证体系架构

一、系统架构与核心技术

(一)区块链赋能的可信数据存证

本方案以BSN联盟链为核心基础设施，通过区块链技术的不可篡改性和分布式特性，构建了文旅场景下的可信数据存证体系，区块链可信数据存储体系架构如图1所示;以下从技术实现、数据流程及安全机制三方面展开说明:

1.技术实现

接下来会介绍文旅区块链数字身份存证流程的相关流程，具体交互流程图如图2所示。

图2 文旅区块链数字身份存证流程图

(1)数字指纹生成

用户身份通过加密算法(SHA-3)生成独特的256位“数字指纹”，作为区块链上的唯一账号。这一过程如同为每个用户铸造防伪钢印，确保身份标识的不可逆性(即使知道指纹结果，也无法倒推原始数据)。

文昌链采用改进的Merkle树结构，将账户地址与票务信息分层存储，支持快速验证与数据溯源。

(2)智能合约驱动的存证逻辑

存证合约:自动执行关键操作记录，包括用户授权、密钥托管请求及恢复操作。合约代码通过形式化验证工具(如Certora)确保逻辑无漏洞。

审计合约:提供链上数据查询接口，支持第三方机构(如文旅监管部门)按需调取存证记录，同时通过零知识证明(ZKP)技术保护用户隐私。

2.数据流程

(1)数据上链

预处理阶段:用户通过“央博文旅”小程序发起操作(如门票兑换)，系统对原始数据(公钥、票务信息)进行标准化处理，并附加时间戳与操作类型标签。

加密分片:敏感数据(如用户ID)采用Shamir秘密共享算法分片，分散存储于文昌链的多个节点，单节点仅持有数据片段，无法还原完整信息。

链上写入:通过轻量级客户端将数据哈希值提交至文昌链，触发智能合约完成存证，平均延迟控制在1.5秒内(5G网络环境下)。

(2)链下-链上协同

链下存储:原始票务数据(如高清展品图片)存储于IPFS分布式文件系统，仅将内容哈希(CID)上链，降低链上存储压力。

跨链验证:通过文昌链的跨链网关，支持与BSN其他公有链(如武汉链、杭州链)互通，实现文旅资源的跨区域核验。

3.安全机制

(1)防篡改设计

多层级哈希锚定:用户操作记录的哈希值逐层聚合至文昌链的区块头，并通过定期锚定至主网，利用主网络的高算力保障存证数据的终极抗篡改性。

(2)隐私保护策略匿名化处理:采用环签名技术隐藏用户真实身份，文旅机构仅能验证操作合法性，无法关联具体用户。

动态访问控制:基于属性基加密(ABE)技术，实现细粒度数据访问权限管理。例如，博物馆管理员仅可查看本馆门票的存证记录。

(3)抗量子攻击储备

文昌链支持后量子密码算法(如NTRU)的平滑升级，通过模块化设计确保未来可抵御量子计算攻击，符合《商用密码应用安全性评估要求》的长期合规要求。

(二)超级SIM卡的安全能力

作为数字身份的载体，超级SIM具有具备安全存储、安全计算、安全连接等特性，是用户可随身携带的可信安全载体，超级SIM卡的安全能力架构如图3所示。

图3 超级SIM卡安全能力架构图

以下针对硬件级安全防护、多算法兼容设计、主动交互与动态防护和密钥全生命周期管理进行介绍:

1.硬件级安全防护

(1)安全芯片架构

物理防护层:采用40nm工艺的SE芯片，内置防篡改传感器(包括光传感器、电压监测电路)，可实时检测物理攻击(如激光注入、电磁干扰)。

逻辑隔离层:通过内存管理单元(MMU)划分独立安全域，密钥生成与签名操作在隔离环境中执行，确保即使主处理器被入侵，私钥仍无法被窃取。超级SIM卡物理与逻辑防护结构简易结构如图4所示。

图4 超级SIM卡物理与逻辑防护结构图

(2)抗攻击能力

侧信道防御:芯片内置随机化功耗补偿电路，可抵御差分功耗分析(DPA)和时序攻击。测试表明，在10万次签名操作中，未提取出有效私钥信息。

故障注入防护:采用冗余校验与指令随机化技术，有效抵抗激光故障注入攻击。经中国信息安全测评中心测试，抗攻击评分达到9.2/10。

2.多算法兼容设计

(1)双算法引擎

国际标准支持:集成ECDSA算法(NISTP-256曲线)，签名过程符合FPS 186-4标准，适用于跨境文旅场景。

国密合规支持:内置SM2算法引擎，支持256位素数域运算，满足GMIT 0003-2012《SM2椭圆曲线公钥密码算法》要求，适配国内文旅监管需求。

(2)动态算法切换

用户可通过小程序选择默认算法(如境内使用SM2，出境切换至ECDSA)，系统自动调用SIM卡内对应算法引擎无需重复生成密钥对。

算法切换过程通过安全域隔离实现，确保私钥在不同算法场景下的独立存储与调用。

3.主动交互与动态防护

(1)安全通信机制

数据短信通道:采用GSMA SGP.22标准定义的安全数据通道，通过加密APDU指令(ISO/IEC7816-4)与云端交互，防止中间人攻击。

双向认证:卡应用与数字身份云平台间采用SM9标识密码算法进行双向身份认证，确保通信链路可信。

(2)用户授权控制主动弹窗机制:当需私钥签名时，SIM卡通过STK菜单触发强制弹窗，用户需输入PIN码并确认操作，防止恶意后台调用。