CN109274524A - 一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统，包括物联网设备、管理节点、认证中心和智能合约；其中每个管理节点均与若干个设备连接，每个管理节点均连接认证中心进行授权准入，管理节点通过共识与记账连接智能合约，所述智能合约为包括区块链的智能合约，具体为计算机程序代码。本发明具有在区块链技术的去中心化、不可篡改、安全可靠、过程透明可追踪的优点，有利于实现数以亿计的物联网设备管理，保证物联网设备共享可靠安全，不会泄露隐私。

Description

一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统

技术领域

本发明涉及物联网领域，更具体地，涉及一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统。

背景技术

物联网(Internet of Things，简称IoT)是一种通过网络技术将传感器、控制器和机器设备等连接起来，通过物物相连实现机器设备智能化管理和控制的目的。随着物联网技术的进一步应用，物联网设备如雨后春笋增长，根据爱立信估计，到了2021年连接的物联网设备将达到280亿，同时又由于物联网设备千差万别，通信协议各异，造成设备之间的互相调用困难，因此这数以千亿计的物联网设备的管理将会给生产商、运营商和最终用户带来巨大的成本压力。物联网设备网络环境各不相同，其安全隐私面领着巨大的挑战。而物联网设备共享会进一步促进共享经济发展，使得资料合理充分利用。

区块链(blockchain)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方式，具有去中心化、不可篡改、安全可靠、过程透明可追踪等优点，成为当前热门的研究领域。区块链凭借以上特点，对物联网设备产生重要的影响：多中心、弱中心化的特质将降低中心化架构的高额运维成本，信息加密、安全通信的特质将有助于保护隐私，身份权限管理和多方共识有助于识别非法节点，及时阻止恶意节点的接入和作恶，依托链式的结构有助于构建可证可溯的电子证据存证，分布式架构和主体对等的特点有助于打破物联网现存的多个信息孤岛桎梏，促进信息的横向流动和多方协作。因此区块链技术是解决物联网设备管理、共享、安全和隐私难题最佳实践。

一般化的区块链是所有区块链网络的节点都负责维护该数据库，而联盟链则是部分经过认证的节点(联盟链节点)维护的数据库，即负责验证数据和更新、生成数据，其他节点不负责维护，这保证了各节点同样处于平等地位，普通节点只需将数据发送给联盟链节点，由联盟链节点进行维护，解决了节点算力不足的弊端，从而降低整个区块链网络的数据存储、运算与传输压力。

发明内容

本发明的目的是解决上述一个或多个缺陷，提出一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统，包括物联网设备、管理节点、认证中心和智能合约；其中每个管理节点均与若干个设备连接，每个管理节点均连接认证中心进行授权准入，管理节点通过共识与记账连接智能合约，所述智能合约为包括区块链的智能合约，具体为计算机程序代码。

进一步的，所述认证中心用于管理节点身份合法性认证并编译和部署管理者注册智能合约。

进一步的，所述管理节点与认证中心的连接具体为管理节点自行生成节点公钥PUmi和私钥PRmi，将公钥及身份证明信息发给认证中心，随后认证中心进行认证，最后调用管理节点注册智能合约，将管理者公钥和身份信息作为输入参数，最后输出该管理节点标识，同时此过程会产生一个记录并进行广播，经矿工挖矿证明后将此记录写入联盟区块链，这样就把管理节点加入联盟。

进一步的，所述管理节点包括管理标识；所述管理标识为一串包含字母数字的32位字符。

进一步的，所述物联网设备与管理节点的连接具体为物联网设备添加其管理节点也会调用设备添加智能合约，其输入参数为物联网设备ID和设备共享协议规则，输出是物联网设备标识，这个过程将产生一个记录并进行广播，经矿工挖矿证明后将此记录写入联盟区块链。

进一步的，所述物联网设备均北备有一ID标识以及共享协议规则。

进一步的，所述智能合约包括管理节点注册智能合约、物联网设备添加智能合约和物联网设备管理共享智能合约；其中管理节点注册智能合约由认证中心部署，物联网设备添加智能合约和物联网设备共享智能合约由各自的管理节点进行部署。智能合约部署成功后将返回智能合约地址，调用智能合约者通过此地址调用智能合约。

进一步的，所述智能合约运行在Ethereum虚拟机上。

进一步的，所述智能合约包括智能合约部署单元、添加管理节点单元、添加设备单元、查询设备单元、设备共享单元、删除管理节点单元、删除设备单元、添加协议规则单元和删除协议规则单元；

其中智能合约部署单元用于将智能合约编写好后经过编译器生成字节码；

添加管理节点单元用于管理节点通过认证中心前面部署好的管理节点注册智能合约返回的智能合约地址调用添加管理节点功能函数，并传入公钥和身份信息，返回一串32位包含数字字母字符的标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

添加设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用添加设备函数，并传入设备ID和共享协议规则，返回一串32位包含数字字母的字符的标识，并将管理节点返回的标识使用mapping数据类型进行存储并返回，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

查询设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备管理共享智能合约返回的智能合约地址调用查询设备函数，传入设备标识进行查询，返回所查询设备状态和共享协议规则；

设备共享单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备管理共享智能合约返回的智能合约地址调用共享设备函数，此时传入参数为目标共享设备标识和协议规则要求的数据，结果共享目标设备，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除管理节点单元用于管理节点通过认证中心前面部署好的管理节点注册智能合约返回的智能合约地址调用删除管理节点功能函数，并传入管理节点标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用删除设备函数，并传入设备标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

添加协议规则单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用添加协议规则设备函数，并传入设备和规则协议，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除协议规则单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用删除协议规则函数，并传入设备标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明具有在区块链技术的去中心化、不可篡改、安全可靠、过程透明可追踪的优点，有利于实现数以亿计的物联网设备管理，保证物联网设备共享可靠安全，不会泄露隐私；

2)解决了中心化结构体系存在单一攻击和泄露隐私和通信无法兼容问题，保证了物联网设备可靠安全管理和共享，促进物联网发展。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明所述的智能合约示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统，请参考图1，包括物联网设备、管理节点、认证中心和智能合约；其中每个管理节点均与若干个设备连接，每个管理节点均连接认证中心进行授权准入，管理节点通过共识与记账连接智能合约，所述智能合约为包括区块链的智能合约，具体为计算机程序代码。

本实施例中，所述认证中心用于管理节点身份合法性认证并编译和部署管理者注册智能合约。区块链有两种方案实现节点寻找对等节点的功能，一种是节点遵循节点发现协议不断尝试连接周围的节点，另一种是手动添加相应对等节点标识连接的方式连接节点，称被连接的节点为静态节点。

本发明采用的就是第二种方案：管理节点自行生成节点公钥PUmi和私钥PRmi后，将公钥及身份证明信息发给认证中心，随后认证中心进行认证，最后调用管理节点注册智能合约，将管理者公钥和身份信息作为输入参数，最后输出该管理节点标识，这个过程将产生一个记录并进行广播，经矿工挖矿证明后将此记录写入联盟区块链，这样就把管理节点加入联盟。管理标识是一串包含字母数字的32位字符。

本实施例中，所述管理节点是物联网设备服务后台，具有较强计算能力和存储能力，负责联盟区块链的共识，维护联盟区块链的正常稳定运行。同时通过智能合约管理物联网设备和实现物联网设备共享。与管理节点注册智能合约注册类似，物联网设备添加其管理节点也会调用设备添加智能合约，其输入参数为物联网设备ID和设备共享协议规则，输出是物联网设备标识，这个过程将产生一个记录并进行广播，经矿工挖矿证明后将此记录写入联盟区块链。这样就把物联网设备添加为管理节点的设备。在设备注册合约会开辟一块空间存储mapping(key＝管理节点标识，value＝物联网设备标识)数据。这是为了方面物联网设备管理和共享时设备查询和使用。

本实施例中，物联网设备是资源有限的机器设备，通过网络技术可以将这些设备组成物联网。这些物联网设备有唯一ID标识以及共享协议规则。因为其计算资源和存储能力有限，同时在实际中对功耗要求较高，不适合参加进行充当共识节点，因此在物联网设备作为轻量级的节点，可以通过请求其所管理的管理节点访问其他物联网设备实现共享。

本实施例中，智能合约是一段计算机程序代码，运行在如Ethereum虚拟机上，在本发明中智能合约是核心部分，其交互示意图如图2所示；

本实施例中，所述智能合约包括智能合约部署单元、添加管理节点单元、添加设备单元、查询设备单元、设备共享单元、删除管理节点单元、删除设备单元、添加协议规则单元和删除协议规则单元；

其中智能合约部署单元用于将智能合约编写好后经过编译器生成字节码；本发明有三个合约，即管理节点注册智能合约、物联网设备添加智能合约和物联网设备管理共享智能合约。其中管理节点注册智能合约由认证中心部署，物联网设备添加智能合约和物联网设备共享智能合约由各自的管理节点进行部署。智能合约部署成功后将返回智能合约地址，调用智能合约者通过此地址调用智能合约。

添加管理节点单元用于管理节点通过认证中心前面部署好的管理节点注册智能合约返回的智能合约地址调用添加管理节点功能函数，并传入公钥和身份信息，返回一串32位包含数字字母字符的标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；该标识将为管理节点之间和管理节点和物联网设备之间进行通信所用。

添加设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用添加设备函数，并传入设备ID和共享协议规则，返回一串32位包含数字字母的字符的标识，并将管理节点返回的标识使用mapping数据类型进行存储并返回，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；Mapping数据类型是为了查询设备使用。协议规则时方面物联网设备之间进行共享遵守的通信和计费等信息。

查询设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备管理共享智能合约返回的智能合约地址调用查询设备函数，传入设备标识进行查询，返回所查询设备状态和共享协议规则；其中共享协议规则诸如设备A访问设备B什么资源，使用多久时间，花费多少等。此过程不需要写入联盟区块链中。

设备共享单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备管理共享智能合约返回的智能合约地址调用共享设备函数，此时传入参数为目标共享设备标识和协议规则要求的数据，结果共享目标设备，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除管理节点单元用于管理节点通过认证中心前面部署好的管理节点注册智能合约返回的智能合约地址调用删除管理节点功能函数，并传入管理节点标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；在管理节点无可管理的设备或者管理节点为恶意节点使执行。

删除设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用删除设备函数，并传入设备标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；当物联网设备不在受管理节点管理或者物联网设备出现故障时调用。

添加协议规则单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用添加协议规则设备函数，并传入设备和规则协议，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；当物联网设备注册时规则协议出错或者需要更新时调用。

删除协议规则单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用删除协议规则函数，并传入设备标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链。当规则协议过时或者出错时调用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统，其特征在于，包括物联网设备、管理节点、认证中心和智能合约；其中每个管理节点均与若干个设备连接，每个管理节点均连接认证中心进行授权准入，管理节点通过共识与记账连接智能合约，所述智能合约为包括区块链的智能合约，具体为计算机程序代码。

2.根据权利要求1所述的一种基于联盟区块链的设备管理与共享系统，其特征在于，所述认证中心用于管理节点身份合法性认证并编译和部署管理者注册智能合约。

3.根据权利要求1所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述管理节点与认证中心的连接具体为管理节点自行生成节点公钥PUmi和私钥PRmi，将公钥及身份证明信息发给认证中心，随后认证中心进行认证，最后调用管理节点注册智能合约，将管理者公钥和身份信息作为输入参数，最后输出该管理节点标识，同时此过程会产生一个记录并进行广播，经矿工挖矿证明后将此记录写入联盟区块链，这样就把管理节点加入联盟。

4.根据权利要求3所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述管理节点包括管理标识；所述管理标识为一串包含字母数字的32位字符。

5.根据权利要求1所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述物联网设备与管理节点的连接具体为物联网设备添加其管理节点也会调用设备添加智能合约，其输入参数为物联网设备ID和设备共享协议规则，输出是物联网设备标识，这个过程将产生一个记录并进行广播，经矿工挖矿证明后将此记录写入联盟区块链。

6.根据权利要求1所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述物联网设备均备有一ID标识以及共享协议规则。

7.根据权利要求1所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述智能合约包括管理节点注册智能合约、物联网设备添加智能合约和物联网设备管理共享智能合约；其中管理节点注册智能合约由认证中心部署，物联网设备添加智能合约和物联网设备共享智能合约由各自的管理节点进行部署。智能合约部署成功后将返回智能合约地址，调用智能合约者通过此地址调用智能合约。

8.根据权利要求1所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述智能合约运行在Ethereum虚拟机上。

9.根据权利要求1、8所述的一种基于联盟区块链的设备管理和共享系统，其特征在于，所述智能合约包括智能合约部署单元、添加管理节点单元、添加设备单元、查询设备单元、设备共享单元、删除管理节点单元、删除设备单元、添加协议规则单元和删除协议规则单元；

其中智能合约部署单元用于将智能合约编写好后经过编译器生成字节码；

添加管理节点单元用于管理节点通过认证中心前面部署好的管理节点注册智能合约返回的智能合约地址调用添加管理节点功能函数，并传入公钥和身份信息，返回一串32位包含数字字母字符的标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

添加设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用添加设备函数，并传入设备ID和共享协议规则，返回一串32位包含数字字母的字符的标识，并将管理节点返回的标识使用mapping数据类型进行存储并返回，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

查询设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备管理共享智能合约返回的智能合约地址调用查询设备函数，传入设备标识进行查询，返回所查询设备状态和共享协议规则；

设备共享单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备管理共享智能合约返回的智能合约地址调用共享设备函数，此时传入参数为目标共享设备标识和协议规则要求的数据，结果共享目标设备，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除管理节点单元用于管理节点通过认证中心前面部署好的管理节点注册智能合约返回的智能合约地址调用删除管理节点功能函数，并传入管理节点标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除设备单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用删除设备函数，并传入设备标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

添加协议规则单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用添加协议规则设备函数，并传入设备和规则协议，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链；

删除协议规则单元用于物联网设备通过管理节点前面部署成功的物联网设备注册智能合约返回的智能合约地址调用删除协议规则函数，并传入设备标识，最后管理节点广播该标识，经矿工挖矿共识后写入联盟区块链。