一种元宇宙数字资产安全管理系统

摘要

本发明涉及数据压缩传输领域，具体涉及一种元宇宙数字资产安全管理系统，该系统包括：数字资产获取模块、数字资产签名模块、数字资产压缩模块、数字资产加密模块、数字资产确权模块，获取数字资产，对数字资产进行数字签名，获取待处理序列以及初始的霍夫曼树，对待处理序列中的数字或数字串根据霍夫曼树进行编码，得到压缩结果，在编码过程中，将待处理序列中出现的频率大数字串动态添加到霍夫曼树中。对压缩结果以及初始的霍夫曼树进行加密，得到密文数据，根据密文数据进行创作者身份验证以及数字资产的存储。本发明相较于霍夫曼编码压缩效率更高，同时确保了数字资产的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及数据压缩传输领域，具体涉及一种元宇宙数字资产安全管理系统。

背景技术

元宇宙是人类运用数字技术构建出来的，与现实世界相对应或超越现实世界，可与实现世界交互的虚拟世界，是一种具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙拥有独立的经济系统，支撑起元宇宙经济系统的要素主要包括：数字创造、数字资产、数字市场等。

元宇宙具有兼容性，可以接纳任何规模的人群以及事物。在元宇宙在中，任何人、任何团体都能够创作出在元宇宙中可以用于流通的数字资产。创作者创作出数字资产后，需要传输至元宇宙，元宇宙验证身份之后将其存储至区块链，确保数字资产不可分割、不可替代、独一无二。

为了确保数字资产在传输至元宇宙的过程中的安全性以及及时性，需要对数字资产进行加密以及压缩。现有的压缩算法如霍夫曼编码对于频率相差较大的数据压缩效率较高，但霍夫曼编码压缩后的平均码长最低为数据的熵，其压缩效率无法突破数据熵的限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种元宇宙数字资产安全管理系统，所述系统包括：

数字资产获取模块，获取创作者创作的数字资产；

数字资产签名模块，创作者对数字资产进行数字签名；

数字资产压缩模块，将数字资产以及数字签名转换为待处理序列；构建待处理序列的霍夫曼树作为初始的霍夫曼树，构建一个空的编码序列以及一个空的已编码序列；

根据初始的霍夫曼树对待处理序列进行压缩，包括：

S1：将待处理序列中第一个数字和第二个数字分别作为前置数字串和后缀，在霍夫曼树中分别获取前置数字串和后缀的编码并依次添加到编码序列中，将前置数字串和后缀依次添加到已编码序列中；

S2：前置数字串的编码与后缀的编码的长度之和小于或等于前置数字串的编码的长度加一时，执行S3，否则将后缀拼接在前置数字串之后，得到待添加数字串；

当霍夫曼树中前置数字串对应的节点无分支或仅有一个分支时，将待添加数字串添加到霍夫曼树中；当若霍夫曼树中前置数字串对应的节点已存在两个分支时，将分支对应的数字或数字串作为候选数字串，分别获取候选数字串和待添加数字串的频率，根据候选数字串和待添加数字串的频率更新霍夫曼树；

S3：将后缀作为新的前置数字串，获取新的后缀，根据新的后缀进行匹配操作，得到最新的后缀的编码；将最新的后缀的编码添加到编码序列中，将最新的后缀添加到已编码序列中；

S4：重复S2到S3直到待处理序列中每个数字均已添加到已编码序列中时停止迭代；将编码序列作为压缩结果；

数字资产加密模块，对压缩结果以及初始的霍夫曼树进行加密，得到密文数据；

数字资产确权模块，对密文数据进行还原，根据还原结果进行创作者身份验证，验证通过后将数字资产存储至区块链中。

优选的，所述将待添加数字串添加到霍夫曼树中，包括的步骤为：

当霍夫曼树的前置数字串对应的节点无分支时，在前置数字串对应的节点添加左分支，待添加数字串添加到左分支对应的节点上，当霍夫曼树的前置数字串对应的节点存在一个分支时，在前置数字串对应的节点添加右分支，待添加数字串添加到右分支对应的节点上。

优选的，所述分别获取候选数字串和待添加数字串的频率，包括的步骤为：

将候选数据串的长度记为L，将已编码序列中数字的个数记为N，获取每个候选数据串在已编码序列中出现的次数，利用次数除以(N-L+1)，将得到的结果作为每个候选数据串的频率；利用待添加数字串在已编码序列中出现的次数除以(N-L+1)得到待添加数字串的频率。

优选的，所述根据候选数字串和待添加数字串的频率更新霍夫曼树，包括的步骤为：

当待添加数字串的频率小于或等于两个候选数据串的频率时，不更新霍夫曼树；当待添加数字串的频率大于两个候选数据串或大于其中一个候选数据串的频率时，将频率最小的候选数据串以及频率最小的候选数据串对应的节点的所有分支从霍夫曼树中删除，将待添加数字串添加到频率最小的候选数据串原本的节点上。

优选的，所述根据新的后缀进行匹配操作，得到最新的后缀的编码，包括的步骤为：

将待处理序列中后缀之后的下一个数字作为替补后缀，将替补后缀拼接在后缀之后作为待匹配数字串，当霍夫曼树中不存在待匹配数字串时，获取后缀在霍夫曼树中对应的编码作为后缀的编码；当霍夫曼树中存在待匹配数字串时，将待匹配数字串作为新的后缀；

重复根据新的后缀进行匹配操作，直到得到最新的后缀的编码时停止迭代。

本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明获取元宇宙终端的数字资产，对数字资产进行数字签名，将数字资产以及数字签名转换为待处理序列，根据待处理序列中每种数字的频率获取初始的霍夫曼树，对待处理序列中的数字或数字串根据霍夫曼树进行编码，得到压缩结果，在编码过程中，将待处理序列中出现的频率大数字串动态添加到霍夫曼树中，使得待处理序列中的多个数字组成的数字串可被编码为一个较短的编码，在霍夫曼编码的基础上，进一步提高了压缩效果，使得后续对压缩结果加密的效率更高，提高了数字资产传输至元宇宙的传输效率。本发明通过对数字资产以及数字签名共同压缩以及加密，使得攻击者在未掌握加密密钥的情况下无法替换数字签名盗取数字资产，从而确保了数字资产传输过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种元宇宙数字资产安全管理系统的系统框图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种元宇宙数字资产安全管理系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种元宇宙数字资产安全管理系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种元宇宙数字资产安全管理系统，该系统包括以下模块：

数字资产获取模块S001，用于获取待确权的数字资产。

需要说明的是，元宇宙具有兼容性，可以接纳任何规模的人群以及事物。在元宇宙在中，任何人、任何团体都能够创作出在元宇宙中可以用于流通的数字资产。当个人或团体在元宇宙终端上创作出数字资产时，需要发送至元宇宙，元宇宙进行创作者的验证后，将数字资产存储至区块链，获得数字资产的NTF（即非同质化通证），实现数字资产的确权，确保数字资产不可分割、不可替代、独一无二等。

在本发明实施例中，在元宇宙终端获取创作者创作出的数字资产，此时数字资产还未确权，因此记为待确权的数字资产，简称数字资产。需要说明的是，元宇宙终端包括手机、电脑、物联网设备、智能穿戴设备等任何可接入元宇宙的设备。

至此，获取了元宇宙终端上待确权的数字资产。

数字资产签名模块S002，用于对数字资产进行签名。

需要说明的是，为了确保数字资产的安全性，创作者需要对数字资产进行签名。

在本发明实施例中，创作者利用自己的私钥对其创作的数字资产进行签名，生成数字签名。

至此，完成了对数字资产的签名。

数字资产压缩模块S003，用于对数字资产进行压缩。

需要说明的是，现有的确权模式中，在元宇宙终端由创作者对其创作的数字资产利用创作者的私钥进行签名，并将数字资产以及数字签名发生至元宇宙，元宇宙根据发送方的公钥对创作者的身份进行验证，验证通过后，元宇宙将数字资产存储至区块链。但该模式中，攻击者可截获元宇宙终端的发送消息，将创作者的数字签名替换为攻击者的数字签名并发送至元宇宙，元宇宙根据发送方的公钥进行验证，会将数字资产的拥有者错误的识别为攻击者，使得数字资产被攻击者盗取。因此还需要对数字资产以及数字签名进行加密，攻击者在不知道密钥的情况下，无法实现数字签名的替换，从而确保数字资产的安全性。为了提高对数字资产、数字签名的加密以及传输效率，首先需要对数字资产以及数字签名进行压缩。

需要进一步说明的是，创作者创作出的数字资产包括但不限于数字图像、数字艺术品、数字音乐。为了方便统一压缩，需要将数字资产编码成统一的格式，在计算机底层，一切数据的存储和传输都是以二进制形式进行的，因此可先将数字资产编码成二进制形式再进行进一步处理。

在本发明实施例中，将数字资产以及数字签名利用现有的编码算法编码为二进制形式，将得到的二进制数据每k位分为一组，将每组二进制数据转换为十进制数，将得到的所有十进制数按照顺序组成的序列作为待处理序列。其中k为预设的数值，记为预设第一数值，在本发明实施例中，k=8，在其他实施例中，实施人员可根据实际实施情况设置k的值。

需要说明的是，霍夫曼编码为频率较大字符赋予较短的编码，为频率较小的字符赋予较长的编码，从而实现数据的整体压缩。霍夫曼编码压缩后的平均码长最低为数据的熵，其压缩效率无法突破数据熵的限制。本发明在霍夫曼编码的基础上结合待处理序列中多次重复出现的数字串对待处理序列进行压缩，在霍夫曼编码的基础上进一步提高对待处理序列的压缩效率。

在本发明实施例中，首先统计待处理序列中出现的所有数字的种类以及每种数字的频率，根据每种数字的频率构建霍夫曼树，作为初始的霍夫曼树。

构建一个空的编码序列以及一个空的已编码序列，根据初始的霍夫曼树对待处理序列进行压缩，具体为：

1、将待处理序列中第一个数字和第二个数字（即第一个元素和第二个元素）分别作为前置数字串和后缀，依次获取前置数字串和后缀在霍夫曼树中对应的编码作为待处理序列中第一个数字和第二个数字的编码，将第一个数字和第二个数字的编码依次添加到编码序列中，将第一个数字和第二个数字依次添加到已编码序列中。

2、将前置数字串的编码的长度记为

若霍夫曼树前置数字串对应的节点无分支或仅有一个分支，则在前置数字串对应的节点添加一个分支，得到新的分支对应的节点，将待添加数字串添加到该节点上，该节点在霍夫曼树中的编码即为待添加数字串的编码。需要说明的是，当为无分支的节点添加分支时，添加的为左分支；当为仅有一个分支的节点添加分支时，添加的为右分支；

若霍夫曼树前置数字串对应的节点已存在两个分支，则分别获取此两个分支对应的数字或数字串作为候选数字串，将候选数据串的长度记为L，将已编码序列中数字的个数记为N，获取每个候选数据串在已编码序列中出现的次数，用该次数除以(N-L+1)得到的结果作为每个候选数据串的频率。同理，利用待添加数字串在已编码序列中出现的次数除以(N-L+1)得到待添加数字串的频率。

当待添加数字串的频率小于或等于两个候选数据串的频率时，不对待添加数字串进行添加，执行步骤3；当待添加数字串的频率大于两个候选数据串或大于其中一个候选数据串的频率时，将频率最小的候选数据串从霍夫曼树中删除，将待添加数字串添加到已删除的候选数据串原本的节点上。需要说明的是，当频率最小的候选数据串对应的节点存在分支时，在删除频率最小的候选数据串时，将对应节点的分支一并删除。

3、将后缀作为新的前置数字串，将待处理序列中前置数字串之后的下一个数字作为新的后缀；

根据新的后缀进行匹配操作，具体为：

将待处理序列中后缀之后的下一个数字作为替补后缀，将替补后缀拼接在后缀之后作为待匹配数字串，若霍夫曼树中不存在待匹配数字串，则获取后缀在霍夫曼树中对应的编码；若霍夫曼树中存在待匹配数字串，则将待匹配数字串作为新的后缀。

重复根据新的后缀进行匹配操作，直到得到新的后缀在霍夫曼树中对应的编码时停止迭代。将新的后缀的编码添加到编码序列中，将新的后缀添加到已编码序列中。

4、重复步骤2到3，直到待处理序列中每个数字均已遍历（即待处理序列中每个数字均已添加到已编码序列中）时停止迭代。将编码序列作为最终的压缩结果。

至此，实现了对数字资产以及数字签名的压缩，获取了压缩结果。

需要说明的是，本发明实施例获取元宇宙终端的数字资产，对数字资产进行数字签名，将数字资产以及数字签名转换为待处理序列，根据待处理序列中每种数字的频率获取初始的霍夫曼树，对待处理序列中的数字或数字串根据霍夫曼树进行编码，得到压缩结果，在编码过程中，将待处理序列中出现的频率大数字串动态添加到霍夫曼树中，使得待处理序列中的多个数字组成的数字串可被编码为一个较短的编码，在霍夫曼编码的基础上，进一步提高了压缩效果，使得后续对压缩结果加密的效率更高，提高了数字资产传输至元宇宙的传输效率。

数字资产加密模块S004，用于对数字资产进行加密。

对压缩结果以及初始的霍夫曼树利用AES加密算法进行加密，得到密文数据。在其他实施例中，实施人员可采用其他加密算法对压缩结果进行加密。

至此，实现了对数字资产的加密，得到了密文数据。

需要说明的是，本发明实施例通过对数字资产以及数字签名共同压缩以及加密，使得攻击者在未掌握加密密钥的情况下无法替换数字签名盗取数字资产，从而确保了数字资产传输过程中的安全性。

数字资产确权模块S005，用于对数字资产进行验证以及上链，实现数字资产的确权。

元宇宙终端将密文数据传输至元宇宙，元宇宙接收到密文数据后对密文数据进行解密获得压缩结果以及初始的霍夫曼树。

构建一个空的解压序列，根据初始的霍夫曼树对压缩结果进行解压，具体为：

1、依次获取将压缩结果中第一个元素和第二个元素在霍夫曼树中对应的数字，分别作为第一个元素和第二个元素的解压结果，将解压结果依次添加到解压序列中。将第一个元素和第二个元素的解压结果分别作为前置数字串和后缀，第一个元素即为前置数字串的编码，第二个元素即为后缀的编码。

2、将前置数字串的编码的长度记为

若霍夫曼树中前置数字串对应的节点无分支或仅有一个分支，则在前置数字串对应的节点添加一个分支，得到新的分支对应的节点，将待添加数字串添加到该节点上，该节点在霍夫曼树中的编码即为待添加数字串的编码。需要说明的是，当为无分支的节点添加分支时，添加的为左分支；

若霍夫曼树中前置数字串对应的节点已存在两个分支，则分别获取此两个分支对应的数字串作为候选数字串，将候选数据串的长度记为L，将解压序列中数字的个数记为N，获取每个候选数据串在解压序列中出现的次数，用该次数除以(N-L+1)得到的结果作为每个候选数据串的频率。同理，获取待添加数字串的频率。

当待添加数字串的频率小于或等于两个候选数据串的频率时，不对待添加数字串进行添加，执行步骤3；当待添加数字串的频率大于两个候选数据串或其中一个候选数据串的频率时，将频率最小的候选数据串从霍夫曼树中删除，将待添加数字串添加到已删除的候选数据串原本的节点上。需要说明的是，当频率最小的候选数据串对应的节点存在分支时，在删除频率最小的候选数据串时，将对应节点的分支一并删除。

3、将后缀作为新的前置数字串，获取压缩结果中下一个元素在霍夫曼树中对应的数字或数字串，作为该元素的解压结果，将该解压结果添加到解压序列中，将该解压结果作为新的后缀。

4、重复步骤2到3，直到压缩结果中每个元素均已解压时停止迭代。解压序列即为对压缩结果进行解压的结果。

将解压序列中的十进制数字转换为二进制形式，并利用数字资产压缩模块中编码算法对二进制数据进行解码，得到数字资产以及数字签名。

元宇宙根据发送方的公钥对数字签名进行验证，确定创作者的身份。验证通过后，元宇宙将数字资产存储至区块链，此时数字资产不可分割、不可替代且独一无二。

至此，完成了数字资产的确权。实现了元宇宙数字资产的安全管理。

综上所述，本发明的系统包括数字资产获取模块、数字资产签名模块、数字资产压缩模块、数字资产加密模块、数字资产确权模块，本发明实施例获取元宇宙终端的数字资产，对数字资产进行数字签名，将数字资产以及数字签名转换为待处理序列，根据待处理序列中每种数字的频率获取初始的霍夫曼树，对待处理序列中的数字或数字串根据霍夫曼树进行编码，得到压缩结果，在编码过程中，将待处理序列中出现的频率大数字串动态添加到霍夫曼树中，使得待处理序列中的多个数字组成的数字串可被编码为一个较短的编码，在霍夫曼编码的基础上，进一步提高了压缩效果。本发明实施例通过对数字资产以及数字签名共同压缩以及加密，使得攻击者在未掌握加密密钥的情况下无法替换数字签名盗取数字资产，从而确保了数字资产传输过程中的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。