博客鏈接：https://hello2mao.github.io/2019/12/01/sidetree-protocol-overview/

1. 概述

1.1. Sidetree

Sidetree 是一個基於現有區塊鏈的第二層（L2）協議，專門用於去中心化身份（DID）的管理。

目前 DIF 中有兩個基於區塊鏈的、使用 Sidetree 協議的 DID 實現：

ION：微軟開源的 ION 項目，基於比特幣的、使用 Sidetree 協議的 DID 實現。
Element：Transmute Industries 與 ConsenSys 合作的項目，基於以太坊的、使用 Sidetree 協議的 DID 實現。

1.2. DID

去中心化身份（Decentralized ID, DID）用來解決目前中心化身份系統的一系列問題，W3C 制定了一套 DID 的標準：W3C DID Spec，而DIF則基於此標準給出了 DID 的實現方案。

簡單來說，did 是類似如下的一個字符串，用戶使用此字符串來標識自己的身份。

DID 解決方案使用 DID 文檔、可驗證聲明、PKI 體系等來解決去中心化身份管理的五大核心挑戰：

表示：用來描述主體身份的可遷移表示
持久化：用來存儲、提取主體身份的機制，同時還需要保持其隱私
隱私：在去中心化賬本中保護主體身份的模型
斷言：確定主體身份的特定語句
解析：解析、驗證特定主體身份的機制

2. Sidetree 協議

2.1. 協議概述

區塊鏈的 TPS 一般都比較低，例如比特幣的 TPS 大概爲 7~8，所以如果把 DID 相關數據上鍊，那麼會遇到嚴重的性能問題。所以，出現了 Sidetree 協議，它是一個區塊鏈 L2 層的協議，核心思想是把 DID 的批量操作打包進一個區塊鏈交易中，從而顯著的提高 DID Operation 的數目。

2.2. 工作原理

Sidetree 節點互相連接構成一個 L2 層的 P2P 網絡，每個 Sidetree 節點都對外暴露 Restful API 來處理 DID 的 CURD 操作。
Sidetree 節點儘可能多的收集 DID 操作，然後把這批操作打包，並創建一個 L1 鏈上交易並在交易中嵌入該操作批次的哈希。
批操作的源數據會推送到內容尋址存儲（IPFS）上。當其他節點獲知嵌入 Sidetree 操作的底層鏈上交易後，這些節點將向原始節點或其他 IPFS 節點請求該批次數據。
當一個節點收到某個批次後，它會將元數據固定到本地，然後 Sidetree 核心邏輯模塊解壓批次數據來解析並驗證其中的每個操作。

需要注意的是：目標鏈的區塊/交易體系是 Sidetree 協議唯一需要的共識機制，不需要額外的區塊鏈、側鏈或諮詢權威單元來讓網絡中的 DID 達成正確的 PKI 狀態。

2.3. Sidetree 協議的 DID 操作

2.3.1. DID OP

DID 操作不外乎 CURD。

2.3.2. Batch File 和 Anchor File

如下所示，把批操作的源數據推送到內容尋址存儲（IPFS）上時，會存在兩種文件：Batch File 和 Anchor File：

Batch File:

{
  "operations": [
    "Encoded operation",
    "Encoded operation",
    ...
  ]
}

Anchor File:

{
  "batchFileHash": "Encoded multihash of the batch file.",
  "didUniqueSuffixes": ["Unique suffix of DID of 1st operation", "Unique suffix of DID of 2nd operation", "..."],
  "merkleRoot": "Encoded multihash of the root of the Merkle tree constructed from the operations included in the batch file."
}

可以看到，Batch File 是原始數據，Anchor File 是 Batch File 的元數據，而 L1 鏈上存儲的是 Anchor File 的 hash。

爲什麼要這樣設計呢？
這其實是爲了後續實現 Sidetree 輕節點預留的，因爲進行 DID 解析（例如 DID URL Dereferrence）的時候，如果只是需要一些元數據，那麼只需下載Anchor File即可，而不需要把較大的Batch File下載下來。

2.4. Sidetree REST API

實現 Sidetree 協議的節點需要提供 REST API，且所有的請求都需要使用 JWS 簽名。

提供的接口列表如下，詳細的可參考：sidetree-rest-api

DID and DID Document Creation
DID Document resolution
Updating a DID Document
DID Deletion
DID Recovery
Fetch the current service versions (optional)

3. Sidetree 協議的 Node.js 實現

3.1. 整體架構

Sidetree Node.js 實現的整體架構如下圖所示，可以認爲有三部分組成：

Sidetree 節點：實現 Sidetree 協議的節點
區塊鏈及其適配器
CAS（Content Address Storage）存儲，目前是 IPFS

3.2. 分層設計

爲了解決 Sidetree 協議的後向兼容性，採取分層實現。

Orchestration Layer (編排層)：與協議版本無關的通用模塊放在此層中實現。
Protocol Version Specific Layer (版本適配層)：與協議版本相關的模塊放在此層中實現。

3.3. REST API

3.3.1. Blockchain REST API

Get latest blockchain time
Get blockchain time by hash
Fetch Sidetree transactions
Get first valid Sidetree transaction
Write a Sidetree transaction
Fetch normalized transaction fee for proof-of-fee calculation
Fetch the current service version

3.3.2. CAS REST API

Read content
Write content
Fetch the current service version

4. ION: 基於比特幣的、使用 Sidetree 協議的 DID 實現

4.1. 使用 ION（macOS）

參考官方教程：ION Installation Guide

（1）啓動比特幣客戶端，並同步測試網

$ cat bitcoin.conf
testnet=1
server=1
rpcuser=hello2mao
rpcpassword=123

$ bitcoind -datadir=/xxx/btc

（2）啓動 MongoDB

$ cat /usr/local/etc/mongod.conf
systemLog:
  destination: file
  path: /usr/local/var/log/mongodb/mongo.log
  logAppend: true
storage:
  dbPath: /usr/local/var/mongodb
net:
  bindIp: 127.0.0.1

$ mongod --config /usr/local/etc/mongod.conf

（3）下載 ION 並 build

git clone https://github.com/decentralized-identity/ion
cd ion
npm run build

（4）啓動 Sidetree 的區塊鏈適配層微服務，ION 是比特幣的實現

npm run bitcoin

（5）啓動 Sidetree 的 CAS，ION 是 IFPS 網絡的適配層微服務

npm run ipfs

（6）啓動 Sidetree 核心服務

npm run core

（7）創建 ION DID
使用 ION 的 js sdk 創建 ION DID，如下：

var didAuth = require("@decentralized-identity/did-auth-jose");
var http = require("http");

async function createIONDid() {
  // gen key
  const kid = "#key-1";
  const jwkPriv = await didAuth.EcPrivateKey.generatePrivateKey(kid);
  const jwkPub = jwkPriv.getPublicKey();
  jwkPub.defaultSignAlgorithm = "ES256K";

  // load JWK into an EcPrivateKey object
  const privateKey = didAuth.EcPrivateKey.wrapJwk(jwkPriv.kid, jwkPriv);
  // construct the JWS payload
  const body = {
    "@context": "https://w3id.org/did/v1",
    publicKey: [
      {
        id: jwkPub.kid,
        type: "Secp256k1VerificationKey2018",
        publicKeyJwk: jwkPub
      }
    ],
    service: [
      {
        id: "IdentityHub",
        type: "IdentityHub",
        serviceEndpoint: {
          "@context": "schema.identity.foundation/hub",
          "@type": "UserServiceEndpoint",
          instance: ["did:test:hub.id"]
        }
      }
    ]
  };

  // Construct the JWS header
  const header = {
    alg: jwkPub.defaultSignAlgorithm,
    kid: jwkPub.kid,
    operation: "create",
    proofOfWork: "{}"
  };

  // Sign the JWS
  const cryptoFactory = new didAuth.CryptoFactory([
    new didAuth.Secp256k1CryptoSuite()
  ]);
  const jwsToken = new didAuth.JwsToken(body, cryptoFactory);
  const signedBody = await jwsToken.signAsFlattenedJson(privateKey, { header });

  // Print out the resulting JWS to the console in JSON format
  console.log("Request: \n" + JSON.stringify(signedBody));
  console.log("\n");

  const data = JSON.stringify(signedBody);
  var options = {
    host: "127.0.0.1",
    port: 3000,
    path: "/",
    method: "POST",
    headers: {
      "Content-Type": "application/json",
      "Content-Length": data.length
    }
  };
  var req = http.request(options, function(res) {
    // console.log("STATUS: " + res.statusCode);
    // console.log("HEADERS: " + JSON.stringify(res.headers));
    res.setEncoding("utf8");
    res.on("data", function(chunk) {
      console.log("Response: \n" + chunk);
    });
  });
  req.on("error", function(e) {
    console.log("problem with request: " + e.message);
  });
  // write data to request body
  req.write(data);
  req.end;
}

createIONDid();

Output:

Request:
{
    "header": {
        "alg": "ES256K",
        "kid": "#key-1",
        "operation": "create",
        "proofOfWork": "{}"
    },
    "payload": "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",
    "signature": "MEYCIQDIrTPcCV35zQRojk8KtlMAsbJKsbnMt8uEOD0XUspOUwIhAIbeS1r9dPU6cGvyNnWbChGR36HRG3VILr78M39xeG1H"
}

Response:
{
  "@context": "https://w3id.org/did/v1",
  "publicKey": [
    {
      "id": "#key-1",
      "type": "Secp256k1VerificationKey2018",
      "publicKeyJwk": {
        "kty": "EC",
        "kid": "#key-1",
        "crv": "P-256K",
        "x": "JzQ3bAffS76ctwtBxKCAnxLqw2rDehGwyOO8l-kWMrY",
        "y": "HiKoLpmgDUxGJHPtrlxy3wbODFaXp98xWRwexdgMiEU",
        "defaultEncryptionAlgorithm": "none",
        "defaultSignAlgorithm": "ES256K"
      }
    }
  ],
  "service": [
    {
      "id": "IdentityHub",
      "type": "IdentityHub",
      "serviceEndpoint": {
        "@context": "schema.identity.foundation/hub",
        "@type": "UserServiceEndpoint",
        "instance": [
          "did:test:hub.id"
        ]
      }
    }
  ],
  "id": "did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw"
}

則新建的 DID 爲：did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw

（8）查詢 ION DID
使用 ION 的 js sdk 查詢 ION DID，如下：

const http = require("http");

const options = {
  hostname: "127.0.0.1",
  port: 3000,
  path: "/did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw",
  method: "GET"
};

const req = http.request(options, res => {
  // console.log("statusCode:", res.statusCode);
  // console.log("headers:", res.headers);

  res.on("data", d => {
    console.log("Response: \n" + d);
  });
});

req.on("error", e => {
  console.error(e);
});
req.end();

Output:

Response:
{
  "document": {
    "@context": "https://w3id.org/did/v1",
    "publicKey": [
      {
        "id": "#key-1",
        "type": "Secp256k1VerificationKey2018",
        "publicKeyJwk": {
          "kty": "EC",
          "kid": "#key-1",
          "crv": "P-256K",
          "x": "JzQ3bAffS76ctwtBxKCAnxLqw2rDehGwyOO8l-kWMrY",
          "y": "HiKoLpmgDUxGJHPtrlxy3wbODFaXp98xWRwexdgMiEU",
          "defaultEncryptionAlgorithm": "none",
          "defaultSignAlgorithm": "ES256K"
        }
      }
    ],
    "service": [
      {
        "id": "IdentityHub",
        "type": "IdentityHub",
        "serviceEndpoint": {
          "@context": "schema.identity.foundation/hub",
          "@type": "UserServiceEndpoint",
          "instance": [
            "did:test:hub.id"
          ]
        }
      }
    ],
    "id": "did:ion:test:EiBNbUbOyzSmE66Akhc-6fYoo_A6QPF15VHSRNFLIJgUsw"
  },
  "resolverMetadata": {
    "driverId": "did:ion:test",
    "driver": "HttpDriver",
    "retrieved": "2019-10-08T07:54:21.793Z",
    "duration": "49.3152ms"
  }
}

5. 參考

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Sidetree協議

1. 概述

1.1. Sidetree

1.2. DID

2. Sidetree 協議

2.1. 協議概述

2.2. 工作原理

2.3. Sidetree 協議的 DID 操作

2.3.1. DID OP

2.3.2. Batch File 和 Anchor File

2.4. Sidetree REST API

3. Sidetree 協議的 Node.js 實現

3.1. 整體架構

3.2. 分層設計

3.3. REST API

3.3.1. Blockchain REST API

3.3.2. CAS REST API

4. ION: 基於比特幣的、使用 Sidetree 協議的 DID 實現

4.1. 使用 ION（macOS）

5. 參考

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https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

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Sidetree協議

1. 概述

1.1. Sidetree

1.2. DID

2. Sidetree 協議

2.1. 協議概述

2.2. 工作原理

2.3. Sidetree 協議的 DID 操作

2.3.1. DID OP

2.3.2. Batch File 和 Anchor File

2.4. Sidetree REST API

3. Sidetree 協議 的 Node.js 實現

3.1. 整體架構

3.2. 分層設計

3.3. REST API

3.3.1. Blockchain REST API

3.3.2. CAS REST API

4. ION: 基於比特幣的、使用 Sidetree 協議的 DID 實現

4.1. 使用 ION（macOS）

5. 參考

3. Sidetree 協議的 Node.js 實現