CN109523243A - 一种雾计算环境下基于区块链的数据存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,属于云计算和存储技术领域。本发明的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,在云端聚集大量计算资源,对外提供数据存储资源目录,同时云端存在区块链服务提供商,在P2P共识网络中存在管理节点、背书节点和记账节点,共同合作实现智能合约的执行及区块链新区块的生成;其中区块链服务提供商的各个参与节点共同维护一个账本;存储资源提供方用户安装雾计算环境存储资源共享智能合约环境,将自己闲置的存储资源发布出去,数据存储需求方用户提出资源需求。该发明的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法能够提升雾计算环境下的整体存储效率,具有很好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及云计算和存储技术领域,具体提供一种雾计算环境下基于区块链的数据存储方法。
背景技术
区块链技术,又称为分布式账本技术,是一种去中心信任化、集体维护分布式账本的技术方案,其利用块链式数据结构来验证与存储数据,其本质是由多个节点集体参与通过多方存储、多方计算的方式来实现数据不可篡改、计算结果可信的分布式数据库系统。区块链并不是一种单一的技术,而是多种技术融合的结果,利用区块链技术维护一个可靠的、难以篡改的账本记录,可以降低信任的风险,并能有效的降低众参与方协作的维护成本。区块链技术的发展使得智能合约成为可能,智能合约是一段由一台计算机或者计算机网络按照签署合约的权利和义务自动执行的代码,合约的执行无需中心节点来进行控制,通过自动化脚本代码实现编程和操作数据。由于智能合约使用代码的方式,保证了合同条款的强制执行力;将智能合约与区块链相结合,使得合约的条款一旦设定,就没有第三方可以篡改。智能合约这一颠覆性的技术是区块链的重要特性,将会对人类社会结构产生重大变化。
近年来,互联网发展迅速,从PC互联网、移动互联网来到物联网时代,万物互联的时代已经到来,移动通信设备、物联网终端设备等各类异构设备连接到互联网,云端中心聚合了大量的物理硬件资源,并采用虚拟化技术实现了异构网络计算资源的统一的分配、调度和管理,集中建设数据中心大大降低了计算和存储的成本。然而伴随着数据量越来越庞大,传输的速率却在下降,甚至有时会有很大的网络延迟,计算和存储无法全部放在远程云端。雾计算的出现,大大的改善了这种状况,特别是对于边缘侧诸如实时业务、数据优化、带宽限制、应用智能、安全与隐私等多方面需求,加速了“雾计算”的发展,“云计算+雾计算”带来了新的可能性。
自动驾驶等新应用的出现,车辆侧实时产生海量数据,预计未来将有45%的数据更加接近边缘端,会在接近本地的地方进行储存,而这时只靠云数据中心无法完成,更多存储资源将下沉到边缘侧,更加接近设备的需求侧。随着家用计算机性能以及边缘计算存储能力的不断提升,雾计算也带了新的商业模式, 用户可以将自己闲置的存储资源共享出来,在靠近应用需求侧提供服务。在这种情况下,如何有效的利用区块链技术建立起信任关系,实现异构环境下存储资源的合理高效共享,并能保证存储安全成为亟须解决的问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题,提供一种能够提升雾计算环境下的整体存储效率的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,所述数据存储方法在云端聚集大量计算资源,对外提供数据存储资源目录,同时云端存在区块链服务提供商,在P2P共识网络中存在管理节点、背书节点和记账节点,共同合作实现智能合约的执行及区块链新区块的生成;其中区块链服务提供商的各个参与节点共同维护一个账本;存储资源提供方用户安装雾计算环境存储资源共享智能合约环境,将自己闲置的存储资源发布出去,数据存储需求方用户提出资源需求,并将数据存储到雾计算环境下靠近需求侧的共享存储资源中。
所述雾计算环境下基于区块链的数据存储方法充分利用雾计算环境的特点,将数据分布存储到用户共享的雾计算节点中,靠近应用的需求侧,通过区块链和智能合约技术,将存储资源发布和数据存储过程利用区块链基础设施写入到区块链中,实现数据存储需求方和提供方间的互信,保障了数据存储行为的完整性、不可篡改性及可追溯性。同时通过统一的雾计算存储资源共享框架,充分利用用户的闲置存储资源,实现了异构环境下存储资源的合理高效共享,节省了数据传输带宽和存储成本,明确了存储收益的合理分配,同时提供了个性化的安全存储方案,保障数据的隐私和安全,进而提升了雾计算环境下的整体存储效率。
作为优选,该方法具体包括以下步骤:
S01、云端中心聚集大量计算资源,提供雾计算环境下的数据存储资源目录;
S02、利用云端区块链基础设施资源,形成P2P共识网络;
S03、在所述区块链共识网络中选出管理节点、背书节点和记账节点;
S04、由所述管理节点发行代币;
S05、公开区块链基础设施资源中执行的智能合约代码;
S06、存储资源提供方用户和数据存储需求方用户下载所述的云端区块链智能合约程序;
S07、存储资源提供方用户和数据存储需求方用户生成非对称密匙对,其公匙Hash作为区块链上账户地址标识;
S08、背书节点收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,完成存储资源发布;
S09、数据存储需求方用户提出存储资源需求,发布存储资源使用智能合约;
S10、判断满足存储资源要求的存储资源提供方,确认提供的存储服务,触发存储资源使用智能合约的执行;
S11、背书节点执行存储资源使用智能合约,检查所述的存储资源需求方用户的代币余额,向所述的存储资源提供方用户发送消息,冻结存储资源需求方用户要求的空闲存储资源,更新云端的存储资源目录;
S12、数据存储需求方用户将数据发送给存储资源提供方用户,使用数据存储需求方私匙对上传数据进行签名,保证数据完整性;
S13、所述的存储资源提供方用户保存数据,并生成访问地址和鉴权信息,使用所述的数据存储需求方的公钥进行加密形成数字信封,发送给数据存储需求方用户,同时发布存储资源承诺智能合约;
S14、数据存储需求方用户验证地址及鉴权访问,完成数据存储;
S15、由背书节点完成本次存储资源使用智能合约,收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,按照预先设定的收费规则完成代币扣款;
S16、存储资源使用智能合约的完成触发存储资源承诺智能合约的执行;
S17、在存储服务时效内出现服务异常或者承诺时间存储服务正常结束,所述的背书节点完成本次存储资源承诺智能合约,收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,按照预先设定的收费规则完成代币扣款,所述的存储资源提供方用户回收资源;
S18、区块链参与节点通过P2P共识网络获取最新数据,更新各自本地账本记录;
S19、当出现纠纷时,通过区块链查询交易记录,追溯各方责任。
作为优选,步骤S12结束后,若数据存储需求方用户要求加密存储,则对数据进行加密,将密文传输给存储资源提供方用户。
作为优选,所述S01中,提供雾计算环境下的存储资源目录包括雾计算节点的用户标识、公钥、存储容量、主机架构、存储格式、安全性保证、鉴权保证、网络能力和资源共享服务质量。
作为优选,步骤S04中管理节点发行代币,其中代币发行采用以太坊区块链。
作为优选,步骤S05中,所述智能合约代码包括存储资源发布、存储资源申请和存储资源共享智能合约,放入智能合约开发者社区,供所有参与方和开发者进行代码审查。
作为优选,步骤S09所述发布存储资源使用智能合约包括对存储资源的要求,如存储容量、存储天数、安全性,若要求存储多个副本,则产生多个存储资源使用智能合约。
作为优选,区块链服务提供商的各个参与节点共同维护一个账本,其中账本中记录存储资源发布、存储资源使用和存储资源承诺智能合约执行结果。
作为优选,所述雾计算环境下的存储服务提供数据迁移及多备份存储功能,同时提供加密以及鉴权服务。
与现有技术相比,本发明的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法具有以下突出的有益效果:所述雾计算环境下基于区块链的数据存储方法充分利用雾计算环境的特点,将数据分布存储到用户共享的雾计算节点中,靠近应用的需求侧,通过区块链和智能合约技术,将存储资源发布和数据存储过程利用区块链基础设施写入到区块链中,实现数据存储需求方和提供方间的互信,保障了数据存储行为的完整性、不可篡改性及可追溯性;同时通过统一的雾计算存储资源共享框架,充分利用用户的闲置存储资源,实现了异构环境下存储资源的合理高效共享,节省了数据传输带宽和存储成本,明确了存储收益的合理分配,同时提供了个性化的安全存储方案,保障数据的隐私和安全,进而提升了雾计算环境下的整体存储效率,具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明所述雾计算环境下基于区块链的数据存储方法的区块链节点组成示意图;
图2是本发明所述雾计算环境下基于区块链的数据存储方法的流程图;
图3是本发明所述雾计算环境下基于区块链的数据存储方法的区块链结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例,对本发明的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法作进一步详细说明。
实施例
本发明的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法中,如图1所示,在云端聚集大量计算资源,对外提供数据存储资源目录,同时云端存在区块链服务提供商,在P2P共识网络中存在管理节点、背书节点和记账节点,共同合作实现智能合约的执行及区块链新区块的生成。其中区块链服务提供商的各个参与节点共同维护一个账本,其中账本中记录存储资源发布、存储资源使用和存储资源承诺智能合约执行结果。存储资源提供方用户安装雾计算环境存储资源共享智能合约环境,将自己闲置的存储资源发布出去,数据存储需求方用户提出资源需求,并将数据存储到雾计算环境下靠近需求侧的共享存储资源中。所述雾计算环境下的存储服务提供数据迁移及多备份存储功能,同时提供加密以及鉴权服务,保证数据的安全性。如图2所示,该雾计算环境下基于区块链的数据存储方法具体包括以下步骤:
S01、云端中心聚集大量计算资源,提供雾计算环境下的数据存储资源目录。
该步骤中,提供雾计算环境下的存储资源目录包括雾计算节点的用户标识、公钥、存储容量、主机架构、存储格式、安全性保证、鉴权保证、网络能力和资源共享服务质量。
S02、利用云端区块链基础设施资源,形成P2P共识网络。
S03、在所述区块链共识网络中选出管理节点、背书节点和记账节点。
S04、由所述管理节点发行代币。
其中代币发行采用以太坊区块链,如图3所示,区块链中记录的数据(Block)区块结构包括版本号、时间戳、交易Merkle树根摘要、合约执行状态、前区块摘要值和本区块摘要值(标识),其中交易内容记录智能合约的执行结果,包括存储资源发布智能合约,存储资源使用智能合约和存储资源承诺智能合约。
S05、公开区块链基础设施资源中执行的智能合约代码。
智能合约代码包括存储资源发布、存储资源申请和存储资源共享智能合约,放入智能合约开发者社区,供所有参与方和开发者进行代码审查。
S06、存储资源提供方用户和数据存储需求方用户下载所述的云端区块链智能合约程序。
S07、存储资源提供方用户和数据存储需求方用户生成非对称密匙对,其公匙Hash作为区块链上账户地址标识。
S08、背书节点收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,完成存储资源发布。
S09、数据存储需求方用户提出存储资源需求,发布存储资源使用智能合约;
S10、判断满足存储资源要求的存储资源提供方,确认提供的存储服务,触发存储资源使用智能合约的执行。
发布存储资源使用智能合约包括对存储资源的要求,如存储容量、存储天数、安全性,若要求存储多个副本,则产生多个存储资源使用智能合约。
S11、背书节点执行存储资源使用智能合约,检查所述的存储资源需求方用户的代币余额,向所述的存储资源提供方用户发送消息,冻结存储资源需求方用户要求的空闲存储资源,更新云端的存储资源目录。
S12、数据存储需求方用户将数据发送给存储资源提供方用户,使用数据存储需求方私匙对上传数据进行签名,保证数据完整性。
S13、所述的存储资源提供方用户保存数据,并生成访问地址和鉴权信息,使用所述的数据存储需求方的公钥进行加密形成数字信封,发送给数据存储需求方用户,同时发布存储资源承诺智能合约。
S14、数据存储需求方用户验证地址及鉴权访问,完成数据存储。
S15、由背书节点完成本次存储资源使用智能合约,收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,按照预先设定的收费规则完成代币扣款。
S16、存储资源使用智能合约的完成触发存储资源承诺智能合约的执行。
S17、在存储服务时效内出现服务异常或者承诺时间存储服务正常结束,所述的背书节点完成本次存储资源承诺智能合约,收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,按照预先设定的收费规则完成代币扣款,所述的存储资源提供方用户回收资源。
S18、区块链参与节点通过P2P共识网络获取最新数据,更新各自本地账本记录;
S19、当出现纠纷时,通过区块链查询交易记录,追溯各方责任。
以上所述的实施例,只是本发明较优选的具体实施方式,本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:所述数据存储方法在云端聚集大量计算资源,对外提供数据存储资源目录,同时云端存在区块链服务提供商,在P2P共识网络中存在管理节点、背书节点和记账节点,共同合作实现智能合约的执行及区块链新区块的生成;其中区块链服务提供商的各个参与节点共同维护一个账本;存储资源提供方用户安装雾计算环境存储资源共享智能合约环境,将自己闲置的存储资源发布出去,数据存储需求方用户提出资源需求,并将数据存储到雾计算环境下靠近需求侧的共享存储资源中。
2.根据权利要求1所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:该方法具体包括以下步骤:
S01、云端中心聚集大量计算资源,提供雾计算环境下的数据存储资源目录;
S02、利用云端区块链基础设施资源,形成P2P共识网络;
S03、在所述区块链共识网络中选出管理节点、背书节点和记账节点;
S04、由所述管理节点发行代币;
S05、公开区块链基础设施资源中执行的智能合约代码;
S06、存储资源提供方用户和数据存储需求方用户下载所述的云端区块链智能合约程序;
S07、存储资源提供方用户和数据存储需求方用户生成非对称密匙对,其公匙Hash作为区块链上账户地址标识;
S08、背书节点收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,完成存储资源发布;
S09、数据存储需求方用户提出存储资源需求,发布存储资源使用智能合约;
S10、判断满足存储资源要求的存储资源提供方,确认提供的存储服务,触发存储资源使用智能合约的执行;
S11、背书节点执行存储资源使用智能合约,检查所述的存储资源需求方用户的代币余额,向所述的存储资源提供方用户发送消息,冻结存储资源需求方用户要求的空闲存储资源,更新云端的存储资源目录;
S12、数据存储需求方用户将数据发送给存储资源提供方用户,使用数据存储需求方私匙对上传数据进行签名,保证数据完整性;
S13、所述的存储资源提供方用户保存数据,并生成访问地址和鉴权信息,使用所述的数据存储需求方的公钥进行加密形成数字信封,发送给数据存储需求方用户,同时发布存储资源承诺智能合约;
S14、数据存储需求方用户验证地址及鉴权访问,完成数据存储;
S15、由背书节点完成本次存储资源使用智能合约,收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,按照预先设定的收费规则完成代币扣款;
S16、存储资源使用智能合约的完成触发存储资源承诺智能合约的执行;
S17、在存储服务时效内出现服务异常或者承诺时间存储服务正常结束,所述的背书节点完成本次存储资源承诺智能合约,收集到足够的背书后将结果发送给所述的记账节点,并由记账节点达成共识,生成新的区块,按照预先设定的收费规则完成代币扣款,所述的存储资源提供方用户回收资源;
S18、区块链参与节点通过P2P共识网络获取最新数据,更新各自本地账本记录;
S19、当出现纠纷时,通过区块链查询交易记录,追溯各方责任。
3.根据权利要求2所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:步骤S12结束后,若数据存储需求方用户要求加密存储,则对数据进行加密,将密文传输给存储资源提供方用户。
4.根据权利要求5所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:所述S01中,提供雾计算环境下的存储资源目录包括雾计算节点的用户标识、公钥、存储容量、主机架构、存储格式、安全性保证、鉴权保证、网络能力和资源共享服务质量。
5.根据权利要求4所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:步骤S04中管理节点发行代币,其中代币发行采用以太坊区块链。
6.根据权利要求5所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:步骤S05中,所述智能合约代码包括存储资源发布、存储资源申请和存储资源共享智能合约,放入智能合约开发者社区,供所有参与方和开发者进行代码审查。
7.根据权利要求6所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:步骤S09所述发布存储资源使用智能合约包括对存储资源的要求,如存储容量、存储天数、安全性,若要求存储多个副本,则产生多个存储资源使用智能合约。
8.根据权利要求7所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:区块链服务提供商的各个参与节点共同维护一个账本,其中账本中记录存储资源发布、存储资源使用和存储资源承诺智能合约执行结果。
9.根据权利要求8所述的雾计算环境下基于区块链的数据存储方法,其特征在于:所述雾计算环境下的存储服务提供数据迁移及多备份存储功能,同时提供加密以及鉴权服务。
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