CN108875411A - 基于区块链的智能手环数据存储与共享方法 - Google Patents

基于区块链的智能手环数据存储与共享方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，所述智能手环数据存储于存储共享系统中，包括用户节点、商家节点、存储节点和验证节点；而数据存储与共享方法具体包括数据存储和数据共享，所述数据存储是用户通过用户节点提出数据上传申请，申请通过后数据随机发送至云网络中任意的存储节点进行存储；所述数据共享是用户根据需要可对第三方商家授权，使第三方商家通过商家节点登陆后，再通过验证节点验证完成，获取指定授权的存储数据信息。其引入区块链作为用户数据的保护平台，可达到全透明、防篡改、可追责的用户隐私数据保护的目的，确保了用户对自己的数据的存储、查询、访问的控制权。

Description

基于区块链的智能手环数据存储与共享方法
技术领域
本发明涉及基于区块链的智能手环数据存储与共享方法。
背景技术
随着科技进步和生活水平的提高，人们越来越重视健康问题，因此，市面上出现了各种智能手环，以帮助人们随时监管自身的健康状况。如小米公司推出的运动手环，其可记录每个用户的每日的运动步数，用户的心率，血压等健康数据。而在一些mini健身房中，还可通过智能手环连接APP和健身房，只要顾客携带智能手环，从门禁开始，到使用健身器材、更衣柜、沐浴等服务都可通过手环，同时，智能手环还可将运动数据记录传输到App上，形成数据库。此外，在一些医疗机构，也出现了健康手环，它能监控血糖浓度，胰岛素浓度，血液流速等，并提醒用户及时的服药或就医。
上述手环均为智能手环，根据智能手环上的数据，用户可以更好地管理身体，而商家则可以据此收取顾客的身体状况、消费习惯，以便于其更好的产品的升级和销售。但身体健康数据属于用户的个人隐私，是不能被侵犯的，因此，健康数据的存储、基于健康数据匹配服务所产生的安全隐患是人们关注的焦点。目前这种健康数据大多由第三方的服务端云中心保存，对数据分享和分析时所采取的安全措施不够，容易造成隐私泄露，安全隐患较大。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种基于区块链的智能手环数据存储与共享方法。其引入区块链作为用户数据的保护平台，可达到全透明、防篡改、可追责的用户隐私数据保护的目的，确保了用户对自己的数据的存储、查询、访问的控制权。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，所述智能手环数据存储于存储共享系统中，该存储共享系统是基于区块链建立的云网络，包括用户节点、商家节点、存储节点和验证节点；而数据存储与共享方法具体包括数据存储和数据共享两个部分，所述数据存储是用户通过用户节点提出数据上传申请，申请通过后数据随机发送至云网络中任意的存储节点进行存储，同时云网络中会保存对所有节点可见的该数据的地址指针、以便于后续查找；所述数据共享是用户根据需要可对第三方商家授权，使第三方商家通过商家节点登陆后，再通过验证节点验证完成，获取指定授权的存储数据信息。
具体的说，所述数据存储包括以下步骤：
(1)密钥获取：用户在系统中注册，由系统分发密钥，并获得公钥，密钥由用户自行记录，公钥则存于区块链中用于验证；
(2)数据上传：用户可随时通过用户节点申请数据上传，上传前用密钥对数据进行加密处理，除用户本人和用户授权商家外，其他节点均无权查看用户原始数据；
(3)数据存储：上传数据通过用户节点传输至任意存储节点后，验证用户签名，验证成功后，存储节点根据区块链中的地址指针请求用户的完整数据；用户个人数据以Merkle树的形式保存，每日的更新数据以叶子节点的形式加入数据树；最后生成Merkle-Root哈希指针将作为数据的地址指针存储到区块链公共账本中；存储节点将生成的地址指针和用户公钥打包，并用私钥对其签名后随机发送至网络中的验证节点；
(4)生成区块：验证节点按照时间段，汇总当前的所有数据生成数据区块；所有验证节点采用PoW共识算法，验证所有数据的签名；将共识完成的数据加盖时间戳，存储到区块链上；最后将生成的区块全网广播，每个验证节点都保留一份复印账本。
作为优选方案，所述数据存储还包括数据删除，即之前的存储节点删除相关用户数据，用户的完整数据存储于最新的存储节点中，减少对存储空间的浪费。
作为优选方案，所述数据上传时所使用的密钥是基于(k，n)门限密钥共享机制生成的。
作为优选方案，为保证数据的安全性，存储节点所获取的完整数据是加密后的数据树。
进一步的，所述数据共享包括以下步骤：
(1)共享密钥：基于(k，n)门限密钥共享机制生成共享密钥，将解密的密钥分成N份无意义的子密钥，将其中的T份子密钥发送给用户，随机挑选T份子密钥中的任一一个子密钥作为用户标识，发送给所有存储节点，其余的N-T份分发给用户信任的指定验证节点；
(2)数据交易：如果用户需要定制服务，可将数据开放给第三方商家节点；第三方节点向系统提交交易，用户用自己的私钥对该交易进行签名，区块链网络中的各验证节点验证签名，交易记录记入区块链；验证通过的节点提交自己的部份子密钥，同时用户向系统提交自己的标识子密钥；系统根据公共账本中的地址指针找到对应的存储节点；存储节点只有接受到{用户标识子密钥，K(T-1≦K≦N)个其他子密钥}时，即可重构解密密钥，获取原数据。
进一步的，用户可随时收回用户标识子密钥，解除对第三方商家的授权。
更进一步的，用户可随时通过自己拥有的子密钥查看数据，但其他节点想要查看数据，必须得到用户同意，获取用户标识子密钥；即使用户标识子密钥不慎被盗，恶意节点也需要通过验证节点的验证，获取至少T-1个其他子密钥才能查看原始数据，如此一来，该交易就会被记录在区块链中，可根据交易记录对恶意节点追责。
其中，如果用户需要定制服务，可将数据对商家开放。用户的定制服务包括但不限于：定制健身课程，用户将自己的数据发送给APP，APP商家根据用户数据进行分析后，制定专属课程，发送回用户；医院就医时，医疗机构可根据用户数据对用户的身体状况做出更好的判断。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明是针对目前对智能可穿戴设备中数据隐私保护的不足，提出的一种新方法，其根据区块链技术的去中心化、防篡改、可追踪审计等特点，设计了一种基于区块链的智能手环数据存储和共享方法，保证用户对自己的隐私数据具有绝对的存储、查询、访问控制权。
(2)本发明的数据存储是指用户申请将数据上传，随机发送至云网络中任意的存储节点存储，区块链中保存数据的地址指针，对所有节点可见；数据共享是指如果用户需要定制服务，用户对第三方商家授权，将自己的健康数据共享给指定第三方。在该系统中，用户本人可随时查看自己的数据，第三方节点即使非法获取了用户的标识子密钥，也需要通过区块链的验证，产生交易记录。司法部门可根据该记录对恶意节点进行追责，保证了用户对自己数据的存储、查询、访问的控制权。
附图说明
图1是本发明流程框图。
图2是基于区块链的智能手环数据存储框架图。
图3是基于区块链的智能手环数据结构图。
图4是基于区块链的智能手环数据交易框架图。
图5是基于区块链的智能手环数据共享密钥重构方法。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
本实施例公开了一种基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，实现了用户对自己隐私数据的存储、查询、访问的控制权。将用户数据加密后，随机存储在云网络任意的存储节点中。将数据以Merkle树的形式保存，最后生成的Merkle-Root哈希指针作为数据的地址指针保存在公共账本中，所有节点都可以查看。数据交易是基于(k，n)门限共享密钥机制生成的，存储节点只有收到{用户标识子密钥，K(T-1≦K≦N)个其他子密钥}时才能重构解密密钥。除用户本人外，其他节点对数据的查询记录均通过区块链记载，保证用户对自己隐私数据拥有绝对的存储、查询和访问的控制权。
具体来说，基于区块链的智能手环数据存储与共享方法中，所述智能手环数据存储于存储共享系统中，该存储共享系统是基于区块链建立的云网络，包括用户节点、商家节点、存储节点和验证节点；而数据存储与共享方法具体包括数据存储和数据共享两个部分，所述数据存储是用户通过用户节点提出数据上传申请，申请通过后数据随机发送至云网络中任意的存储节点进行存储，同时云网络中会保存对所有节点可见的该数据的地址指针、以便于后续查找；所述数据共享是用户根据需要可对第三方商家授权，使第三方商家通过商家节点登陆后，再通过验证节点验证完成，获取指定授权的存储数据信息。
更具体的说，如图1所示，该基于区块链的智能手环数据存储与共享方法包括以下步骤：
(1)密钥获取：用户在系统中注册，由系统分发密钥，并获得公钥，密钥由用户自行记录，公钥则存于区块链中用于验证；
(2)数据上传：如图1所示，用户可随时通过用户节点申请数据上传；上传前用密钥对数据进行加密处理，除用户本人和用户授权商家外，其他节点均无权调用用户数据。对数据进行加密处理所使用的密钥是基于门限共享密钥机制设计的；
(3)数据存储：存储节点收取用户数据后，验证用户签名。验证成功后，存储节点根据区块链中的地址指针请求用户的完整数据；如图2所示，用户个人数据以Merkle树的形式保存，每日的更新数据以叶子节点的形式加入数据树；最后生成Merkle-Root哈希指针将作为数据的地址指针，存储到区块链公共账本中；存储节点将生成的地址指针和用户公钥打包，并用私钥对其签名后随机发送至网络中的验证节点；
(4)生成区块：验证节点按照时间段，汇总当前的所有数据生成数据区块；所有验证节点采用PoW共识算法，验证所有数据的签名；将共识完成的数据加盖时间戳，存储到区块链上；最后将生成的区块全网广播，每个验证节点都保留一份复印账本。
(5)数据删除：之前的云存储节点删除相关用户数据，用户整体数据值存储于最新的节点中，减少对存储空间的浪费，数据存储完成。
(6)共享密钥：基于(k，n)门限密钥共享机制生成共享密钥，将解密的密钥分成N份无意义的子密钥，将其中的T份子密钥发送给用户，随机挑选T份子密钥中的任一一个子密钥作为用户标识，发送给所有存储节点，其余的N-T份分发给用户信任的指定验证节点；
(7)数据交易：如图3所示，如果用户需要定制服务，可将数据开放给第三方商家节点；第三方节点向系统提交交易，用户用自己的私钥对该交易进行签名，区块链网络中的各验证节点验证签名，交易记录记入区块链；验证通过的节点提交自己的部份子密钥，同时用户向系统提交自己的标识子密钥；系统根据公共账本中的地址指针找到对应的存储节点；如图4所示，存储节点只有接受到{用户标识子密钥，K(T-1≦K≦N)个其他子密钥}时，即可重构解密密钥，获取原数据。
其中，用户可随时收回用户标识子密钥，解除对第三方商家的授权。并且，用户可随时通过自己拥有的子密钥查看数据，但其他节点想要查看数据，必须得到用户同意，获取用户标识子密钥；即使用户标识子密钥不慎被盗，恶意节点也需要通过验证节点的验证，获取至少T-1个其他子密钥才能查看原始数据，如此一来，该交易就会被记录在区块链中，可根据交易记录对恶意节点追责。
如果用户需要定制服务，可将数据对商家开放。用户的定制服务包括但不限于：定制健身课程，用户将自己的数据发送给APP，APP商家根据用户数据进行分析后，制定专属课程，发送回用户；医院就医时，医疗机构可根据用户数据对用户的身体状况做出更好的判断。本实施例具有安全性能高，用户权限保证，具有较为广阔的市场前景和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，所述智能手环数据存储于存储共享系统中，该存储共享系统是基于区块链建立的云网络，包括用户节点、商家节点、存储节点和验证节点；而数据存储与共享方法具体包括数据存储和数据共享两个部分，所述数据存储是用户通过用户节点提出数据上传申请，申请通过后数据随机发送至云网络中任意的存储节点进行存储，同时云网络中会保存对所有节点可见的该数据的地址指针、以便于后续查找；所述数据共享是用户根据需要可对第三方商家授权，使第三方商家通过商家节点登陆后，再通过验证节点验证完成，获取指定授权的存储数据信息。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，所述数据存储包括以下步骤：
(1)密钥获取：用户在系统中注册，由系统分发密钥，并获得公钥，密钥由用户自行记录，公钥则存于区块链中用于验证；
(2)数据上传：用户可随时通过用户节点申请数据上传，上传前用密钥对数据进行加密处理，除用户本人和用户授权商家外，其他节点均无权查看用户原始数据；
(3)数据存储：上传数据通过用户节点传输至任意存储节点后，验证用户签名，验证成功后，存储节点根据区块链中的地址指针请求用户的完整数据；用户个人数据以Merkle树的形式保存，每日的更新数据以叶子节点的形式加入数据树；最后生成Merkle-Root哈希指针将作为数据的地址指针存储到区块链公共账本中；存储节点将生成的地址指针和用户公钥打包，并用私钥对其签名后随机发送至网络中的验证节点；
(4)生成区块：验证节点按照时间段，汇总当前的所有数据生成数据区块；所有验证节点采用PoW共识算法，验证所有数据的签名；将共识完成的数据加盖时间戳，存储到区块链上；最后将生成的区块全网广播，每个验证节点都保留一份复印账本。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，所述数据存储还包括数据删除，即之前的存储节点删除相关用户数据，用户的完整数据存储于最新的存储节点中，减少对存储空间的浪费。
4.根据权利要求2或3所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，所述数据上传时所使用的密钥是基于(k，n)门限密钥共享机制生成的。
5.根据权利要求4所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，为保证数据的安全性，存储节点所获取的完整数据是加密后的数据树。
6.根据权利要求2或5所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，所述数据共享包括以下步骤：
(1)共享密钥：基于(k，n)门限密钥共享机制生成共享密钥，将解密的密钥分成N份无意义的子密钥，将其中的T份子密钥发送给用户，随机挑选T份子密钥中的任一一个子密钥作为用户标识，发送给所有存储节点，其余的N-T份分发给用户信任的指定验证节点；
(2)数据交易：如果用户需要定制服务，可将数据开放给第三方商家节点；第三方节点向系统提交交易，用户用自己的私钥对该交易进行签名，区块链网络中的各验证节点验证签名，交易记录记入区块链；验证通过的节点提交自己的部份子密钥，同时用户向系统提交自己的标识子密钥；系统根据公共账本中的地址指针找到对应的存储节点；存储节点只有接受到{用户标识子密钥，K(T-1≦K≦N)个其他子密钥}时，即可重构解密密钥，获取原数据。
7.根据权利要求6所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，用户可随时收回用户标识子密钥，解除对第三方商家的授权。
8.根据权利要求7所述的基于区块链的智能手环数据存储与共享方法，其特征在于，用户可随时通过自己拥有的子密钥查看数据，但其他节点想要查看数据，必须得到用户同意，获取用户标识子密钥；即使用户标识子密钥不慎被盗，恶意节点也需要通过验证节点的验证，获取至少T-1个其他子密钥才能查看原始数据，如此一来，该交易就会被记录在区块链中，可根据交易记录对恶意节点追责。
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