CN108683705B

CN108683705B - 基于区块链的物联网数据共享方法

Info

Publication number: CN108683705B
Application number: CN201810314945.9A
Authority: CN
Inventors: 黄志清; 时昌雪; 苏雄业; 张翰臣
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2038-04-10
Also published as: CN108683705A

Abstract

本发明公开了基于区块链的物联网数据共享方法，S1)账户体系模块；用户注册；用户登录；用户信息；用户管理；S2)数据管理；数据提供模块；数据请求模块；任务发布模块；任务执行模块；数据查询模块；任务查询模块；S3)权限管理；数据访问控制；数据授权管理；数据发布审核；本方法是基于主流浏览器的，而PC电脑应用越来越广，用户参与使用非常便捷，准入门槛低。相较于传统的中心化管理的数据共享系统，去中心化的数据共享系统节省大量的数据中介成本，同时解决了中心化管理的安全问题。区块链技术去信任的特性也解决了在物联网数据共享中节点间的互相信任的问题；采用IPFS分布式文件系统，实现海量数据的安全存储，具有良好的可扩展性。

Description

基于区块链的物联网数据共享方法

技术领域

本发明涉及区块链技术，物联网技术和分布式文件存储技术领域，尤其涉及区块链技术，实现一种分布式，去中心化的物联网数据共享方法。

背景技术

万物互联是未来的发展趋势。随着物联网的快速发展和广泛应用，物联网规模不断扩大，物联网产生海量数据，如何对物联网数据进行有效共享有着重大需求。物联网数据共享列入关键技术突破工程。数据共享是物联网规模应用的关键支撑，比如全球热点建设的智慧城市，需要利用物联网获取的各类城市感知数据(比如城市交通数据、环境数据、安防数据等)，同时还要集成移动网络数据、互联网数据等，从而实现城市大数据的共享。

目前物联网系统基本是封闭系统，数据不共享。物联网应用基本是闭环应用模式，所采集的数据通常只服务于单一应用，数据和应用紧耦合，不能共享，形成一个个信息孤岛。物联网应用系统重点关注感知数据的获取、传输以及存储技术，而对数据的共享研究甚少。物联网数据来源分散、数据量大、数据的隐私问题、物联网规模的快速扩展等，都对中心化的集中控制方式的数据共享模型提出了挑战，具体体现在：1)成本问题:部署中心化的共享平台，需付出高昂的建设和维护成本；2)安全问题：中心化平台易受攻击，中心化的管理也带来安全隐患，存在单点失效问题。在物联网中，形成信任是非常困难的，而且维持信任的成本非常高。这给在分布环境下的物联网数据共享交换带来挑战；3)低效和可扩展问题:任何数据交换都要经过中心化平台，效率低下。海量设备产生的海量数据的接入也带来了网络的扩容压力，而中心化的平台存在性能瓶颈。

鉴于此，本发明将基于区块链对大规模的物联网数据共享关键技术展开研究。去中心化的分布式结构可节省大量的数据互联中介成本，同时解决中心化的管理带来的安全隐患和单点失效问题。安全的信任机制可解决物联网数据交换的核心缺陷；物联网海量数据的分布式存储，具有良好的扩展性。不可篡改的时间戳特征可解决数据追踪与信息防伪问题。基于区块链的智能合约可以规范数据交换和共享规则。可见，区块链技术可以为物联网数据共享提供一种去中心化的，安全的、高效的、低成本和扩展性强的分布式框架。

本发明面向大规模物联网数据的共享问题，研究基于区块链的去中心化的分布式物联网数据共享框架基础上，分别展开基于区块链的数据互联、数据溯源，基于权能的访问控制的数据共享管理以及发布订阅消息模型等方面研究。本发明的研究成果将为大规模物联网数据共享提供新颖的解决思路，为物联网信息基础设施、物联网规模应用、大数据等相关领域的发展提供理论和技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于区块链的物联网数据共享方法，旨在解决现有中心化系统管理带来的安全隐患和单点失效问题，其系统结构如图1所示。

本发明采用的技术方案为基于区块链的物联网数据共享方法，实现该方法的系统自顶向下由应用层、交互层、智能合约层、区块链层、数据层五部分组成。所述应用层，包括账户体系模块、数据管理模块、权限控制模块、数据溯源模块；所述交互层，采用基于NodeJS的Sails框架，以RestfulAPI的形式为应用层提供与区块链的交互服务；所述智能合约层，以Solidity语言描述数据共享的业务逻辑，包括账户注册以及管理、数据管理、权限控制和数据溯源逻辑；所述区块链层，包括以太坊私有链网络，其中时间戳技术，共识机制，非对称加密等优秀特性，帮助实现去中心化、安全的数据共享系统；所述数据层，是实现数据的定位，描述和存储，由于区块链上数据存储容量有限，采用链上链下结合存储的方式来存储数据。

本发明所提出的基于区块链的物联网数据共享方法就是在上述系统的基础上来实现的，如图2所示，其主要内容如下：

S1)账户体系模块；

1)用户注册；

2)用户登录；

3)用户信息；

4)用户管理；

S2)数据管理；

1)数据提供模块；

2)数据请求模块；

3)任务发布模块；

4)任务执行模块；

5)数据查询模块；

6)任务查询模块；

S3)权限管理；

1)数据访问控制；

2)数据授权管理；

3)数据发布审核；

上述的步骤中，具体实现方法如下：

S1)中所述的账户体系模块放在工程目录app/views/user文件夹下，登录界面友好，功能清晰，在进行注册过后，会返回一个以太坊地址address，address是在这个系统中的用户名，并且是唯一标识。管理员用户拥有用户管理功能，用户信息审核功能。当用户注册完成之后，状态为pending，管理员看到待审核信息，去审核用户注册，confirm为审核通过，reject为审核不通过。用户登录之后能够看到自己申请注册的状态，审核通过方可使用数据管理，权限管理等功能，如图3所示。

S2)中所述的功能模块，分为三个体系，一个是数据模块，一个是任务模块，还有数据查询模块。

(1)数据模块主要涉及两个角色，数据提供者，数据请求者。数据提供者注册登录完成后，在提供数据功能页，添加数据描述，包括数据名称、数据存储地址、访问方式、数据授权控制密钥、数据采集工具、数据目标等。数据请求者注册登录完成后，在数据查询模块可以查看全网的数据，请求自己需要的数据，发送数据名称，数据请求证明，以及数据请求备注，就等待数据提供者的审核，流程如图4、图5。

(2)任务模块同样涉及两个角色，任务发布者，任务执行者。任务发布者把自己的数据需求发布在全网，提供任务名字，任务描述，数据采集工具，数据目标等。任务执行者查看到任务之后，选择执行即可。

(3)数据查询模块，提供全网数据查询列表，按照名字查找，按照数据采集方式查找等查找方式。同样提供任务查询功能。

S3)中所述的权限管理模块，数据提供者发布之后，管理员需要对发布的数据进行审核；数据拥有者，在看到有用户请求自己的数据时，需要对用户进行授权，同意之后，数据请求者才会看到所请求数据的具体获取方式；数据访问控制是数据拥有者对其进行设置，数据请求者拥有相应权限之后，才能访问数据。

实施本发明提出的基于区块链的物联网数据共享方法，具有以下有益效果：

(1)本发明所述的基于区块链的物联网数据共享方法是基于主流浏览器的，而PC电脑应用越来越广，用户参与使用非常便捷，准入门槛低。

(2)本发明所述的数据共享方法，相较于传统的中心化管理的数据共享系统，去中心化的数据共享系统节省大量的数据中介成本，同时解决了中心化管理的安全问题。

(3)区块链技术去信任的特性也解决了在物联网数据共享中节点间的互相信任的问题；采用IPFS分布式文件系统，实现海量数据的安全存储，具有良好的可扩展性。

附图说明

图1为系统架构图。

图2为功能结构图。

图3为注册流程图。

图4为提供数据流程图。

图5为请求数据流程图。

图6为系统主页示意图。

图7为数据提供者提供数据示意图。

图8为数据提供者数据列表示意图。

图9为数据请求者请求数据示意图。

图10为请求者请求数据列表示意图。

图11为数据列表示意图。

图12为用户提供和请求的数据记录示意图。

图13为数据提供者授权示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、发明内容及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。实施案例的具体步骤如下：

步骤001：打开网页版系统，如图6所示。

步骤002：用户登录之后，数据提供者提供数据，如图7所示。

步骤003：数据提供者可以查看自己提供的数据信息，如图8所示。

步骤004：数据请求者在全网数据列表中查看数据简介信息，如图9所示，在请求者功能页请求数据，等待数据拥有者审核，如图10所示。

步骤005：数据请求者可以查看自己请求的数据信息，如图11所示。

步骤006：用户可以在查询模块查询自己提供的数据，请求的数据的记录，并且可以获取请求数据的访问方式，如图12所示。

步骤007：在数据管理模块，数据提供者对数据进行授权，如图13所示。

为了更详细的说明本发明提出的基于区块链的物联网数据共享方法，下面给出两个具体的实施例：

实施例1

本实施例的情况是某高校采集了一些校园环境的土壤温度、湿度等数据。则其在上述步骤002中填写提供数据的基本信息，数据名称，存储IPFS上的Hash，访问方式等，点击Provider Data按钮，通过API接口，与合约进行交互，将数据写到区块链上。在步骤003中，可以查询北京工业大学提供的数据详细信息。

实施例2

本实施例的情况是某大学现在有一个数据需求，在004步骤中查看链上的已有数据，找到所需要的数据，对其发起数据请求，请求之后等待数据提供者进行审核。在步骤005中，可以查询请求数据的状态。

Claims

1.基于区块链的物联网数据共享方法，实现该方法的系统自顶向下由应用层、交互层、智能合约层、区块链层、数据层五部分组成；所述应用层，包括账户体系模块、数据管理模块、权限控制模块、数据溯源模块；所述交互层，采用基于NodeJS的Sails框架，以RestfulAPI的形式为应用层提供与区块链的交互服务；所述智能合约层，以Solidity语言描述数据共享的业务逻辑，包括账户注册以及管理、数据管理、权限控制和数据溯源逻辑；所述区块链层，包括以太坊私有链网络，其中时间戳技术，共识机制，非对称加密优秀特性，帮助实现去中心化、安全的数据共享系统；所述数据层，是实现数据的定位，描述和存储，由于区块链上数据存储容量有限，采用链上链下结合存储的方式来存储数据；

其特征在于：该方法的内容如下：

S1)账户体系模块；

1)用户注册；

2)用户登录；

3)用户信息；

4)用户管理；

S2)数据管理；

1)数据提供模块；

2)数据请求模块；

3)任务发布模块；

4)任务执行模块；

5)数据查询模块；

6)任务查询模块；

S3)权限管理；

1)数据访问控制；

2)数据授权管理；

3)数据发布审核；

S2)中所述的功能模块，分为三个体系，一个是数据模块，一个是任务模块，还有数据查询模块；

(1)数据模块主要涉及两个角色，数据提供者，数据请求者；数据提供者注册登录完成后，在提供数据功能页，添加数据描述，包括数据名称、数据存储地址、访问方式、数据授权控制密钥、数据采集工具、数据目标；数据请求者注册登录完成后，在数据查询模块可以查看全网的数据，请求自己需要的数据，发送数据名称，数据请求证明，以及数据请求备注，就等待数据提供者的审核；

(2)任务模块同样涉及两个角色，任务发布者，任务执行者；任务发布者把自己的数据需求发布在全网，提供任务名字，任务描述，数据采集工具，数据目标；任务执行者查看到任务之后，选择执行即可；

(3)数据查询模块，提供全网数据查询列表，按照名字查找，按照数据采集方式查找查找方式；同样提供任务查询功能。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的物联网数据共享方法，其特征在于：S1)中所述的账户体系模块放在工程目录app/views/user文件夹下，登录界面友好，功能清晰，在进行注册过后，会返回一个以太坊地址address，address是在这个系统中的用户名，并且是唯一标识；管理员用户拥有用户管理功能，用户信息审核功能；当用户注册完成之后，状态为pending，管理员看到待审核信息，去审核用户注册，confirm为审核通过，reject为审核不通过；用户登录之后能够看到自己申请注册的状态，审核通过方使用数据管理，权限管理功能。

3.根据权利要求1所述的基于区块链的物联网数据共享方法，其特征在于：S3)中所述的权限管理模块，数据提供者发布之后，管理员需要对发布的数据进行审核；数据拥有者，在看到有用户请求自己的数据时，需要对用户进行授权，同意之后，数据请求者才会看到所请求数据的具体获取方式；数据访问控制是数据拥有者对其进行设置，数据请求者拥有相应权限之后，才能访问数据。