CN108881287A - 一种基于区块链的物联网节点身份认证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的物联网节点身份认证方法，其包括以下步骤：S1、对待认证节点发出的请求身份认证消息进行计算，得到第一哈希值；S2、生成数字签名；S3、对数字签名进行解密得到第二哈希值，并采用哈希算法对请求身份认证消息进行计算，得到第三哈希值；S4、将第二哈希值和第三哈希值进行对比验证，若第二哈希值和第三哈希值相同则进入步骤S5；S5、根据委托权益证明共识算法对该待认证节点进行身份认证，若认证通过则进入步骤S6；S6、将该待认证节点加入物联网系统，并将其身份认证数据广播到所有合法节点中，完成身份认证。本发明可以有效地防止攻击者伪造新节点进入物联网系统中并对系统进行篡改与破坏。

Description

一种基于区块链的物联网节点身份认证方法
技术领域
本发明涉及物联网节点认证领域，具体涉及一种基于区块链的物联网节点身份认证方法。
背景技术
区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。区块链技术是比特币的底层技术，它将数据信息分布式记录，由所有参与者共同记录。这些数据信息存储在所有节点中，而不是存储在唯一的中心化机构。区块链技术保障了系统对价值转移的活动进行记录、传输和存储，其最后的结果一定是可信的。
物联网通过各种有线或无线网络与互联网相融合，实现各节点设备之间信息的实时传递，为了保证系统节点信息交互的安全性与可靠性，要求系统内的每个节点的身份必须是合法的，而如何认证节点的合法性则成为了物联网的安全防线。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于区块链的物联网节点身份认证方法可以对待接入物联网的节点进行安全认证。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种基于区块链的物联网节点身份认证方法，其包括以下步骤：
S1、通过随机数生成私钥和对应的公钥，并采用哈希算法计算待认证节点发出的请求身份认证消息，得到第一哈希值；
S2、通过私钥对第一哈希值进行加密，生成数字签名，并将请求身份认证消息和数字签名发送至物联网的任一合法节点中；
S3、通过接收到请求身份认证消息和数字签名的合法节点根据公钥对数字签名进行解密得到第二哈希值，并采用哈希算法计算请求身份认证消息，得到第三哈希值；
S4、将第二哈希值和第三哈希值进行对比验证，若第二哈希值和第三哈希值相同则进入步骤S5，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证；
S5、根据委托权益证明共识算法对该待认证节点进行身份认证，若认证通过则进入步骤S6，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证；
S6、将该待认证节点加入物联网系统，并将其身份认证数据广播到所有合法节点中，完成身份认证。
进一步地，步骤S5的具体方法包括以下步骤：
S5-1、将请求身份认证消息广播到物联网系统的每个合法节点中；
S5-2、随机投票选举本次身份认证的权益代表节点，即物联网节点；
S5-3、通过各个权益代表节点根据待认证节点的身份认证秘钥、认证信息、节点功能和数据特征对该待认证节点进行判断并投票，若认证通过的投票数大于等于阈值则认证通过并进入步骤S6，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证。
进一步地，步骤S5-2的具体方法为：
通过各个合法节点在阈值范围内随机投票决定权益代表节点数量、权益代表节点和阈值；其中决定权益代表节点数量时，去掉每个合法投票中的最大值和最小值，将剩下的投票结果取平均值后取整作为权益代表节点的数量；决定权益代表节点时，按照投票数量从多到少的顺序将对应的合法节点选举为权益代表节点，若存在投票数量一致的情况，则按照合法节点先后顺序进行选举。
进一步地，步骤S6的具体方法为：
将待认证节点的身份认证秘钥、认证信息、节点功能和数据特征作为其身份认证数据，将待认证节点的身份认证数据作为其接入物联网系统的节点数据，并将该身份认证数据广播至物联网系统中的各个合法节点，完成节点认证与节点加入。
本发明的有益效果为：本发明对区块链物联网节点进行认证的过程具有随机权益代表个数、随机权益代表、随机同意通过票数3个随机量，可以有效地防止攻击者伪造新节点进入物联网系统中并对系统进行篡改与破坏。同时，系统节点身份认证数据保存在每一个物联网节点中，攻击者如果想该变系统认证判别结果，至少需要同时入侵并篡改超过一半数量的物联网节点，而该入侵方式难以实现，进而保证了物联网的节点安全性，提高了物联网的安全性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该基于区块链的物联网节点身份认证方法包括以下步骤：
S1、通过随机数生成私钥和对应的公钥，并采用哈希算法计算待认证节点发出的请求身份认证消息，得到第一哈希值；
S2、通过私钥对第一哈希值进行加密，生成数字签名，并将请求身份认证消息和数字签名发送至物联网的任一合法节点中；
S3、通过接收到请求身份认证消息和数字签名的合法节点根据公钥对数字签名进行解密得到第二哈希值，并采用哈希算法计算请求身份认证消息，得到第三哈希值；
S4、将第二哈希值和第三哈希值进行对比验证，若第二哈希值和第三哈希值相同则进入步骤S5，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证；
S5、根据委托权益证明共识算法对该待认证节点进行身份认证，若认证通过则进入步骤S6，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证；
S6、将该待认证节点加入物联网系统，并将其身份认证数据广播到所有合法节点中，完成身份认证。
步骤S5的具体方法包括以下步骤：
S5-1、将请求身份认证消息广播到物联网系统的每个合法节点中；
S5-2、随机投票选举本次身份认证的权益代表节点，即物联网节点；
S5-3、通过各个权益代表节点根据待认证节点的身份认证秘钥、认证信息、节点功能和数据特征对该待认证节点进行判断并投票，若认证通过的投票数大于等于阈值则认证通过并进入步骤S6，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证。
步骤S5-2的具体方法为：通过各个合法节点在阈值范围内随机投票决定权益代表节点数量、权益代表节点和阈值；其中决定权益代表节点数量时，去掉每个合法投票中的最大值和最小值，将剩下的投票结果取平均值后取整作为权益代表节点的数量；决定权益代表节点时，按照投票数量从多到少的顺序将对应的合法节点选举为权益代表节点，若存在投票数量一致的情况，则按照合法节点先后顺序进行选举。
步骤S6的具体方法为：将待认证节点的身份认证秘钥、认证信息、节点功能和数据特征作为其身份认证数据，将待认证节点的身份认证数据作为其接入物联网系统的节点数据，并将该身份认证数据广播至物联网系统中的各个合法节点，完成节点认证与节点加入。
在本发明的一个实施例中，各个区块链物联网节点(假设总共10个节点，分别为Node0、Node1、Node2、Node3、Node4、Node5、Node6、Node7、Node8和Node9)投票决定本次认证的权益代表数量M。具体方法：每个节点根据本系统节点总数提出一个本次合法范围内的权益代表数量，然后去掉一个最大值和一个最小值剩下8个有效投票结果，然后由公式：
M＝(M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8)÷8
求取各节点投票数量的平均值，即可得到本次认证需要的权益代表数量M。假设本次投票结果如下表1，计算权益代表数量M时去掉Node5的最大数10和Node7的最小数2，剩下的投票结果求平均可得：M＝(5+3+7+6+5+5+6+4)÷8＝5.125，取整M＝5。
表1：权益代表数量随机投票结果
节点 Node0 Node1 Node2 Node3 Node4
数量 5 3 7 6 5
节点 Node5 Node6 Node7 Node8 Node9
数量 10 5 2 6 4
各个区块链物联网节点投票选举本次认证的权益代表。这里假设每个节点只有一个投票权(实际应用时可根据系统情况定义更加合理的投票方式)，再假设本次投票结果如下表2。选取投票数最多的前M＝5个节点作为权益代表，再规定如果有节点得票数量相同则选取节点序号靠前的节点，则Node1，Node2，Node4，Node5，Node7为最后选举出的权益代表节点。
表2：各合法节点获选权益代表的票数
各权益代表节点(Node1，Node2，Node4，Node5，Node7)投票决定待认证节点是否通过验证，如果同意通过验证的权益代表数量大于阈值时，则该节点通过验证，成为合法的系统节点。假设通过验证的节点数量阈值为权益代表数量的二分之一(即为2.5)，再假设本次各权益代表投票结果如下表3，同意通过的权益代表数量为4个(4>2.5)，所以待认证节点通过本次认证，如果同意通过的权益代表数量为2(2<2.5)，则待认证节点不通过本次认证。
表3：权益代表选举投票认证结果
综上所述，本发明对区块链物联网节点进行认证的过程具有随机权益代表个数、随机权益代表、随机同意通过票数3个随机量，可以有效地防止攻击者伪造新节点进入物联网系统中并对系统进行篡改与破坏。同时，系统节点身份认证数据保存在每一个物联网节点中，攻击者如果想该变系统认证判别结果，至少需要同时入侵并篡改超过一半数量的物联网节点，而该入侵方式难以实现，进而提高了物联网的安全性。

Claims (4)

1.一种基于区块链的物联网节点身份认证方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过随机数生成私钥和对应的公钥，并采用哈希算法计算待认证节点发出的请求身份认证消息，得到第一哈希值；
S2、通过私钥对第一哈希值进行加密，生成数字签名，并将请求身份认证消息和数字签名发送至物联网的任一合法节点中；
S3、通过接收到请求身份认证消息和数字签名的合法节点根据公钥对数字签名进行解密得到第二哈希值，并采用哈希算法计算请求身份认证消息，得到第三哈希值；
S4、将第二哈希值和第三哈希值进行对比验证，若第二哈希值和第三哈希值相同则进入步骤S5，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证；
S5、根据委托权益证明共识算法对该待认证节点进行身份认证，若认证通过则进入步骤S6，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证；
S6、将该待认证节点加入物联网系统，并将其身份认证数据广播到所有合法节点中，完成身份认证。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的物联网节点身份认证方法，其特征在于：所述步骤S5的具体方法包括以下步骤：
S5-1、将请求身份认证消息广播到物联网系统的每个合法节点中；
S5-2、随机投票选举本次身份认证的权益代表节点，即物联网节点；
S5-3、通过各个权益代表节点根据待认证节点的身份认证秘钥、认证信息、节点功能和数据特征对该待认证节点进行判断并投票，若认证通过的投票数大于等于阈值则认证通过并进入步骤S6，否则拒绝该待认证节点加入物联网系统，结束认证。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的物联网节点身份认证方法，其特征在于：所述步骤S5-2的具体方法为：
通过各个合法节点在阈值范围内随机投票决定权益代表节点数量、权益代表节点和阈值；其中决定权益代表节点数量时，去掉每个合法投票中的最大值和最小值，将剩下的投票结果取平均值后取整作为权益代表节点的数量；决定权益代表节点时，按照投票数量从多到少的顺序将对应的合法节点选举为权益代表节点，若存在投票数量一致的情况，则按照合法节点先后顺序进行选举。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于区块链的物联网节点身份认证方法，其特征在于：所述步骤S6的具体方法为：
将待认证节点的身份认证秘钥、认证信息、节点功能和数据特征作为其身份认证数据，将待认证节点的身份认证数据作为其接入物联网系统的节点数据，并将该身份认证数据广播至物联网系统中的各个合法节点，完成节点认证与节点加入。
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