CN109040043A - 一种基于区块链的物联网构建方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种基于区块链的物联网构建方法，该方法包括：周期性地将生成的数据通过配置的私有密钥进行加密，并通过广播消息在物联网中广播；接收到其它设备发送的广播消息时，获取该广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密；当收发广播消息满足预设条件时，将本设备收发的数据打包形成区块，并计算该区块的hash值；并将计算的hash值广播给其它设备；在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；并将该区块加入区块链；并在本地存储更新后的区块链。该方法能够提高数据的安全性，并能够提供一个可信任的物联环境。

Description

一种基于区块链的物联网构建方法和装置
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种基于区块链的物联网构建方法和装置。
背景技术
在物联网时代，接入设备规模可以达到数亿级甚至更多。面对如此庞大的物联网络，如果采用纯中心化的组网模式，基础设施投入和维护成本将无法估量。
此外，物联网中数以亿级设备节点的相互信任也是一个难题，同时，物联数据安全和隐私保护也很难保证，至少目前广泛采用的云计算模式或数据中心节点管理模式尚未打消人们对数据安全的疑虑。
区块链是通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，该方案让参与到系统中的所有节点通过一串使用密码学方法相关联生成数据块，每个数据块内包含一段时间内系统所有的信息交流数据，并产生数据指纹，用来检验数据的有效性以及连接下一个数据块。
目前当人们需要使用某一个区块链技术客户端时，或者作为共识网络的一个节点参与到去中心化的各种活动中时，需要使用个人PC或者专用服务器下载某个区块链的客户端，例如比特币钱包和以太坊钱包等，该客户端会同步网络总账，即同步所有区块，同步后才能安全的进行交易等操作，并且要实时联网进行实时同步动作。
这就要求家庭中的PC或专用服务器处于长时间工作运行的状态，而家用PC或服务器为了客户端的运行而一直保持工作具有不方便管理，以及安全性低的缺陷。
此外，随着物联网的发展，都伴随着中心化管理，比如uber，airbn等，中介从中能够获取暴利，客户端对中心化服务器的依赖也非常明显，存在中心化数据不透明和成本高的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种基于区块链的物联网构建方法和装置，能够提高数据的安全性，并能够提供一个可信任的物联环境。
为解决上述技术问题，本申请的技术方案是这样实现的：
一种基于区块链的物联网构建方法，应用于物联网中的任一设备上，该方法包括：
该设备通过共识算法与物联网中的其它设备达成一致的状态共识；
周期性地将本设备生成的数据通过配置的私有密钥进行加密，并通过广播消息在物联网中广播；
接收到其它设备发送的广播消息时，获取该广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密；
当收发广播消息满足预设条件时，将本设备发送的，以及接收到的数据打包形成区块，并计算该区块的哈希hash值；
当完成该区块的hash值计算时，将计算的hash值广播给其它设备；
在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；并将该区块加入区块链；并在本地存储更新后的区块链。
一种基于区块链的物联网构建装置，应用于物联网中的任一设备上，该装置包括：处理单元、收发单元和存储单元；
所述处理单元，用于通过共识算法与物联网中的其它设备达成一致的状态共识；通过配置的私有密钥对要广播的数据进行加密；获取所述收发单元接收到的广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密中的数据；当所述收发单元收发广播消息满足预设条件时，将本设备发送的，以及接收到的数据打包形成区块，并计算该区块的哈希hash值；在所述收发单元接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，将该区块加入区块链；
所述收发单元，用于周期性地将所述处理单元加密后的数据通过广播消息在物联网中广播；接收其他设备发送的广播消息；当所述处理单元完成该区块的hash值计算时，将计算的hash值广播给其它设备；在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；
所述存储单元，用于存储述处理单元更新后的区块链。
由上面的技术方案可知，本申请中在物联网设备中引入区块链技术，通过非对称加密，共识算法使得数据不可篡改来提高数据的安全性，并在每个设备上均存储区块链，去除了中心化的服务器，能够提供一个可信任的物联环境。
附图说明
图1为本申请实施例中实现基于区块链的物联网构建的流程示意图；
图2为本申请实施例中区块链的实体公共账本的示意图；
图3为本申请实施例中应用于上述技术的装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本申请实施例中提供一种基于区块链的物联网构建方法，应用于物联网中的任一设备，在物联网设备中引入区块链技术，通过非对称加密，共识算法使得数据不可篡改来提高数据的安全性，并在每个设备上均存储区块链，去除了中心化的服务器，能够提供一个可信任的物联环境。
本申请实施例具体实现时，针对物联网中的每个物联设备，下文简称设备，进行的基于区块链的物联网构建过程是一致的，本申请以其中一个设备的实现过程为例进行详细描述。
任一设备与物联网中的其它设备分别建立连接，使建立连接的各设备处于同一个物联网中。
在建立连接时，可以使用但不限于如下网络建立连接：
WIFI，ZigBee，4G/5G，BLE等。
下面结合附图，详细说明本申请实施例中实现基于区块链的物联网构建过程。
参见图1，图1为本申请实施例中实现基于区块链的物联网构建的流程示意图。具体步骤为：
步骤101，物联网中的任一设备通过共识算法与物联网中的其它设备达成一致的状态共识。
多个设备通过异步通信方式组成网络集群，需要保证每个设备达成一致的状态共识，例如一致的时间。
在每个设备上均通过共识算法与物联网中的所有其他设备达成一致的状态共识，从而使整个物联网中的所有设备在状态共识上达成一致。
在异步系统中，由于硬件错误、网络拥塞或中断以及遭到恶意攻击等原因，网络中可能出现不可预料的行为。
如计算hash值错误，验证hash值过程错误、收发信息异常等；
本申请实施例中可以通过引入共识算法，例如POW，POS，DPOS，PBFT等，排除错误原因，以确保各设备达成安全可靠的状态共识。
步骤102，该设备周期性地将本设备生成的数据通过配置的私有密钥进行加密，并通过广播消息在物联网中广播。
步骤103，该设备接收到其它设备发送的广播消息时，获取该广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密。
步骤102和步骤103的执行不分先后顺序。
物联网中的每个设备会在本地配置发送数据的私有密钥；并配置针对其他设备发送的加密数据的公开密钥，用于解密。在具体实现时，针对各设备配置的公开密钥可以相同也可以不同。
步骤104，该设备当收发广播消息满足预设条件时，将本设备发送的，以及接收到的数据打包形成区块，并计算该区块的hash值。
本步骤中收发广播消息满足预设条件，包括：
收发广播消息的数量达到预设数量；即将接收到的和发送的和为预设数量的广播消息中的数据打包形成区块；
或，收发未形成区块的数据对应的广播消息的时间达到预设时间，即将预设时间内接收到的广播消息中携带的数据，以及本地发送的数据打包形成区块。
针对一个区块计算hash值按照现有实现中提供的计算方法进行计算即可，本申请对此不进行限制。
在计算该区块的hash值时，会有两种情况发生：
第一种，正在计算该区块的hash值，即未完成计算时，接收到任一其它设备广播的hash值时，停止针对该区块的hash值的计算，验证接收到的hash值是否正确，如果是，向该其它设备返回确认消息；否则，重新进行该区块链的hash值的计算；
当接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，将该区块加入区块链；并在本地存储更新后的区块链。
第二种，直到计算完成该区块的hash值计算，也未接收到其它设备广播的hash值，即说明本设备是第一个完成该区块hash值的设备，则执行步骤105。
步骤105，当该设备完成该区块的hash值计算时，将计算的hash值广播给其它设备。
该设备将计算的hash值广播给其它设备，同时相当于通知其它设备本设备已完成该区块的hash计算。
步骤106，该设备在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；并将该区块加入区块链；并在本地存储更新后的区块链。
在将区块加入区块链后，针对每个区块存储的信息包括：该区块的hash值、该区块加入该区块链的时间和生成该区块的数据；
若该区块不为该区块链的首个区块时，区块存储的信息还包括该区块的前一个区块的hash值。
区块链的实体在本领域中称为公共账本，由区块按时序组成的链式结构。参见图2，图2为本申请实施例中区块链的实体公共账本的示意图。
图2中的每个区块包括头(HEAD)和数据列表(Data list)部分，其中，HEAD部分包括：该区块的hash值，即当前区块的hash值(current block hash)、前一个区块的hash值(previous device hash)，以及该区块加入该区块链的时间(time)；Data list部分包括生成该区块的数据。
在计算hash值并验证hash值的过程中，如果某个设备计算hash值错误，或不能正常收发消息，则需要通过共识算法，排除计算hash值错误的原因。
即当验证接收到的hash值不正确，或验证接收到的hash值正确且预设时间内未接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，通过共识算法，排除计算hash值错误的原因；并重新计算该区块的hash值。
下面给出两个物联网应用场景，来详细说明区块链物联网构建过程：
实施例一
应用在家庭智能设备物联网构建场景下：
物联网中的电视，手机，冰箱，扫地机器人，空气净化器，智能音箱等备，通过WIFI连接组网。
各设备通过共识算法，使各设备的时间状态保持一致。
各设备将生成的数据采用本地配置的私有密钥加密，并周期性地携带在广播消息中广播给其他设备，即在物联网中广播。各设备配置相同的周期。
任一设备，如手机接收到冰箱发送的广播消息时，获取该消息携带的加密数据，使用手机上配置的公开密钥进行解密，并存储。
当收发消息的总条数达到预设数量，将收发的广播消息中的数据打包形成区块，并计算该区块hash值。
假设扫地机器人首先完成该区块的hash值，通知其他设备，并携带计算出的hash值。
其他设备手机、冰箱、空气净化器、智能音箱均停止hash值的计算，并针对该hash值进行验证。验证过程即对该区块进行hash值计算，并确定与接收到的hash值是否正确。
当这些设备均验证成功后，向扫地机器人返回确认消息；
扫地机器人再广播均验证成功的消息。
每个设备均将该区块加入到区块链中，具体存储的实体见图2，并在本地存储更新后的区块链。
实施例二
应用在车辆物联网构建场景下：
可用于二手车买卖，公车管理，通过不可更改的特性，提高可信度，避免弄虚作假，解决信任问题。
物联网中各车辆安装sim卡，通过4G连接组网。
各车辆通过共识算法，使各设备的时间状态保持一致。
各车辆将生成的数据采用本地配置的私有密钥加密，并周期性地携带在广播消息中广播给其他设备，即在物联网中广播。各设备配置相同的周期。
车辆生成的数据，如里程数，维修记录，是否发生过事故等信息。
任一车辆，如车辆A接收到车辆B发送的广播消息时，获取该消息携带的加密数据，使用车辆A配置的公开密钥进行解密，并存储。
当收发未形成区块的数据对应的广播消息的时间达到预设时间时，将收发的广播消息中的数据打包形成区块，并计算该区块hash值。
假设车辆A首先完成该区块的hash值，通知其他车辆，并携带计算出的hash值。
其他设备车辆均停止hash值的计算，并针对该hash值进行验证。验证过程即对该区块进行hash值计算，并确定与接收到的hash值是否正确。
如果任一车辆验证该hash值不正确，或未接收到验证是否正确的通知，则通过共识算法排除发生错误的原因，各车辆重现计算该区块的hash值，直到均验证成功，才将该区块加入区块链；并存储到各车辆上。
基于同样的发明构思，本申请还提出一种基于区块链的物联网构建装置，应用于物联网中的任一设备上。参见图3，图3为本申请实施例中应用于上述技术的装置结构示意图。该装置包括：处理单元301、收发单元302和存储单元303；
处理单元301，用于通过共识算法与物联网中的其它设备达成一致的状态共识；通过配置的私有密钥对要广播的数据进行加密；获取收发单元302接收到的广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密中的数据；当收发单元302收发广播消息满足预设条件时，将本设备发送的，以及接收到的数据打包形成区块，并计算该区块的哈希hash值；在收发单元302接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，将该区块加入区块链；
收发单元302，用于周期性地将处理单元301加密后的数据通过广播消息在物联网中广播；接收其他设备发送的广播消息；当处理单元301完成该区块的hash值计算时，将计算的hash值广播给其它设备；在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；
存储单元303，用于存储述处理单元更新后的区块链。
较佳地，
收发单元302，进一步用于接收任一其它设备广播的hash值；接收广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息；
处理单元301，进一步用于计算该区块的hash值时，若接收到任一其它设备广播的hash值，则停止针对该区块的hash值的计算，验证接收到的hash值是否正确，如果是，触发收发单元302向该其它设备返回确认消息；否则，重新进行该区块链的hash值的计算；当收发单元302接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，将该区块加入区块链；并触发存储单元303存储更新后的区块链。
较佳地，
处理单元301，进一步用于当验证接收到的hash值不正确，或验证接收到的hash值正确且预设时间内未接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，通过共识算法，排除计算hash值错误的原因；并重新计算该区块的hash值。
较佳地，
针对每个区块存储的信息包括：该区块的hash值、该区块加入该区块链的时间和生成该区块的数据；
若该区块不为该区块链的首个区块时，区块存储的信息还包括该区块的前一个区块的hash值。
较佳地，
所述装置进一步包括：通信单元304；
通信单元304，用于将该设备与物联网中的其它设备分别建立连接。
较佳地，
所述收发广播消息满足预设条件，包括：
收发广播消息的数量达到预设数量；
或，收发未形成区块的数据对应的广播消息的时间达到预设时间。
上述实施例的单元可以集成于一体，也可以分离部署；可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。
综上所述，本申请通过在物联网设备中引入区块链技术，通过非对称加密，共识算法使得数据不可篡改来提高数据的安全性，并在每个设备上均存储区块链，去除了中心化的服务器，能够提供一个可信任的物联环境。
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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种基于区块链的物联网构建方法，应用于物联网中的任一设备上，其特征在于，该方法包括：
该设备通过共识算法与物联网中的其它设备达成一致的状态共识；
周期性地将本设备生成的数据通过配置的私有密钥进行加密，并通过广播消息在物联网中广播；
接收到其它设备发送的广播消息时，获取该广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密；
当收发广播消息满足预设条件时，将本设备发送的，以及接收到的数据打包形成区块，并计算该区块的哈希hash值；
当完成该区块的hash值计算时，将计算的hash值广播给其它设备；
在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；并将该区块加入区块链；并在本地存储更新后的区块链。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算该区块的hash值时，所述方法进一步包括：
当接收到任一其它设备广播的hash值时，停止针对该区块的hash值的计算，验证接收到的hash值是否正确，如果是，向该其它设备返回确认消息；否则，重新进行该区块链的hash值的计算；
当接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，将该区块加入区块链；并在本地存储更新后的区块链。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：
当验证接收到的hash值不正确，或验证接收到的hash值正确且预设时间内未接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，通过共识算法，排除计算hash值错误的原因；并重新计算该区块的hash值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每个区块存储的信息包括：该区块的hash值、该区块加入该区块链的时间和生成该区块的数据；
若该区块不为该区块链的首个区块时，区块存储的信息还包括该区块的前一个区块的hash值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
该设备与物联网中的其它设备分别建立连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述收发广播消息满足预设条件，包括：
收发广播消息的数量达到预设数量；
或，收发未形成区块的数据对应的广播消息的时间达到预设时间。
7.一种基于区块链的物联网构建装置，应用于物联网中的任一设备上，其特征在于，该装置包括：处理单元、收发单元和存储单元；
所述处理单元，用于通过共识算法与物联网中的其它设备达成一致的状态共识；通过配置的私有密钥对要广播的数据进行加密；获取所述收发单元接收到的广播消息中携带的加密数据，通过针对该其它设备配置的公开密钥进行解密中的数据；当所述收发单元收发广播消息满足预设条件时，将本设备发送的，以及接收到的数据打包形成区块，并计算该区块的哈希hash值；在所述收发单元接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，将该区块加入区块链；
所述收发单元，用于周期性地将所述处理单元加密后的数据通过广播消息在物联网中广播；接收其他设备发送的广播消息；当所述处理单元完成该区块的hash值计算时，将计算的hash值广播给其它设备；在接收到物联网中所有其它设备验证hash值正确后返回的确认消息时，向所有其它设备发送hash值验证成功消息；
所述存储单元，用于存储述处理单元更新后的区块链。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述收发单元，进一步用于接收任一其它设备广播的hash值；接收广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息；
所述处理单元，进一步用于计算该区块的hash值时，若接收到任一其它设备广播的hash值，则停止针对该区块的hash值的计算，验证接收到的hash值是否正确，如果是，触发所述收发单元向该其它设备返回确认消息；否则，重新进行该区块链的hash值的计算；当所述收发单元接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，将该区块加入区块链；并触发所述存储单元存储更新后的区块链。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述处理单元，进一步用于当验证接收到的hash值不正确，或验证接收到的hash值正确且预设时间内未接收到广播hash值的其它设备发送的hash值验证成功消息时，通过共识算法，排除计算hash值错误的原因；并重新计算该区块的hash值。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
针对每个区块存储的信息包括：该区块的hash值、该区块加入该区块链的时间和生成该区块的数据；
若该区块不为该区块链的首个区块时，区块存储的信息还包括该区块的前一个区块的hash值。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：通信单元；
所述通信单元，用于将该设备与物联网中的其它设备分别建立连接。
12.根据权利要求7-11所述的装置，其特征在于，所述收发广播消息满足预设条件，包括：
收发广播消息的数量达到预设数量；
或，收发未形成区块的数据对应的广播消息的时间达到预设时间。
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