CN109714174B - 一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的物联网设备的数字身份管理系统及其方法，该系统包括：物联网设备、数字身份管理区块链、设备入网客户端、物联网设备的生产商、查询验证者、分布式数据库；该方法主要包括步骤：物联网设备的数字身份注册、物联网设备的数字身份存储、物联网设备的数字身份查询和验证。本发明能够实现物联网设备数字身份的唯一性，以及数字身份记录的不可篡改和可追溯，为物联网设备提供更安全可信的数字身份注册、存储、验证等服务。

Description

一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及数字身份管理技术以及信息安全领域，具体涉及一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统及其方法。

背景技术

物联网通过对物理世界的感知，实现物理世界信息的动态获取、智能处理、无缝交互与协同共享，并构建物与物、物与人的互联互通。物联网设备的身份标识用于在一定范围内唯一识别物联网中的物理和逻辑实体，以便网络或应用基于此对目标对象进行相关控制和管理以及相关信息的获取、处理、传送与交换。

物联网身份标识相比于互联网，后者计算机及通信设备的身份标识主要包括域名、IP地址、网络标识等，配合互联网身份标识的管理、解析服务，共同实现网络设备的全球通信。互联网身份标识以及互联网身份标识服务已经发展的较为成熟，据中国互联网信息办公室发布的第42次《中国互联网络发展状况统计报告》，截至2018年6月，我国IPv4地址数量为338,818,304个，拥有IPv6地址23,555块/32。在互联网标识服务方面，全球域名服务器数量超过1600万台。而物联网的设备身份标识需求量更大，华为曾预测，2025年物联网设备数量将接近1000亿个。可见物联网设备身份标识的数量将远超互联网，未来身份标识服务产业的规模也将超过互联网域名解析服务。

物联网设备的身份标识和认证技术是物联网设备安全通信必不可少的前提。物联网设备的身份标识，由于与物理世界对应的对象紧密相关，其涉及的信息安全具有与互联网相异的特点：如物联网设备的位置信息泄露，将导致用户的位置隐私收到威胁；物联网设备与用户身份的关联信息泄露，将暴露用户的隐私；恶意的物联网设备不仅身份鉴权即被接入，可能引入伪造的感知数据造成信息污染。

为提供物联网身份标识注册及验证，常用的做法是构建物联网身份标识管理系统。该系统根据物联网应用领域，可以分为私有局域网系统，或跨领域的身份标识公共管理系统，提供物联网设备的身份标识编码、分发、注册、解析、认证、搜索等功能。该类系统一般由专业机构通过搭建传统服务器基础设施，提供集中式的身份标识管理服务，但仍存在以下问题：

1、托管身份标识的集中式系统极易遭受黑客攻击。身份标识信息托管机构，需要通过耗费大量资源用于系统的安全防护，但对于黑客而言，存储大量身份标识信息的集中式系统是非常显著的标靶，黑客破坏系统的现象难以避免且防御难度高。

2、身份标识的篡改问题。所有者的身份标识信息，将详细的记录在机构管理的托管系统中，具有超级权限的管理员或成功攻破系统的黑客，都有可能对身份标识的信息进行修改删除等操作，且不易察觉。

3、身份标识所有者对其身份信息的掌控性低。身份标识信息提交至托管机构后，基本也会脱离所有者的掌控，所有者对已提交的信息在何处被使用、是否被非法出售、是否在平台处被篡改等，不再拥有足够的权限获知完整的情况，并无力做出任何决策。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统及其方法，以期实现物联网设备数字身份的唯一性，以及数字身份信息记录的不可篡改和可追溯，从而提供更安全可信的物联网设备数字身份注册、存储、验证等服务。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统的特点包括：物联网设备、数字身份管理区块链、设备入网客户端、物联网设备的生产商、查询验证者、分布式数据库；

所述物联网设备的生产商生成初始设备出厂标识并在存储在物联网设备中；所述初始设备出厂标识是由物联网编码标准编号以及设备编号组成；

所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链的钱包程序；所述钱包程序为所述物联网设备在所述数字身份管理区块链上生成用户账号，以使所述物联网设备成为所述数字身份管理区块链的合法用户；所述用户账号包括基于非对称加密算法生成的公钥和对应的私钥；

所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链上身份注册合约的合约地址；

所述物联网设备根据所述合约地址调用所述身份注册合约，并向所述身份注册合约提交物联网设备的初始设备出厂标识；

若身份注册合约调用成功，则所述身份注册合约生成物联网设备的数字身份标识，并返回给所述设备入网客户端和物联网设备；所述数字身份管理区块链将所述身份注册合约的调用作为一个交易记录进行保存；所述物联网设备的数字身份标识是由所述用户账号的公钥、交易编号和初始设备出厂标识组成；所述交易记录中保存交易编号、物联网设备的初始设备出厂标识、合约调用时间；

若身份注册合约调用失败，则所述身份注册合约返回身份注册失败消息给所述设备入网客户端和物联网设备；

所述物联网设备将所述数字身份标识进行本地化存储；同时将数字身份标识及其生成的时间作为一个条目增加到分布式数据库中进行存储；

所述物联网设备利用用户账号的私钥对采集的物联网数据生成数字签名后，将物联网设备的数字身份标识、采集的物联网数据、生成的数字签名一起上传至物联网中；

所述查询验证者通过物联网获取物联网设备所上传的数据后，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出公钥，从而基于公钥验证数字签名的真伪性；同时，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出交易编号，并在数字身份管理区块链上查询相应交易编号所对应的交易记录信息，从而验证数字身份标识与交易记录信息是否一致，若一致，则表明数字身份验证成功，反之表明验证失败。

本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份管理方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、物联网设备的数字身份注册：

步骤1.1、所述物联网设备在出厂时，由所述物联网设备的生产商生成初始设备出厂标识并存储在物联网设备中；所述初始设备出厂标识是由物联网编码标准编号以及设备编号组成；

步骤1.2、所述物联网设备在入网时，由物联网服务提供商的设备入网客户端提供所述物联网设备与数字身份管理区块链的初始通信：

步骤1.2.1、所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链的钱包程序；所述钱包程序为所述物联网设备在所述数字身份管理区块链上生成用户账号，以使所述物联网设备成为所述数字身份管理区块链的合法用户；所述用户账号包括基于非对称加密算法生成的公钥和对应的私钥；

步骤1.2.2、所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链上身份注册合约的合约地址；

步骤1.2.3、所述物联网设备根据所述合约地址调用所述身份注册合约，并向所述身份注册合约提交物联网设备的初始设备出厂标识；

步骤1.3、若身份注册合约调用成功，则所述身份注册合约生成物联网设备的数字身份标识，并返回给所述设备入网客户端和物联网设备；所述物联网设备的数字身份标识是由所述用户账号的公钥、交易编号和初始设备出厂标识组成；所述数字身份管理区块链将所述身份注册合约的调用作为一个交易记录进行保存；所述交易记录中保存交易编号、物联网设备的初始设备出厂标识、合约调用时间；

若身份注册合约调用失败，则所述身份注册合约返回身份注册失败消息给所述设备入网客户端和物联网设备；

步骤2、所述物联网设备将所述数字身份标识进行本地化存储；同时将数字身份标识及其生成的时间作为一个条目增加到分布式数据库中进行存储；

步骤3、物联网设备的数字身份查询和验证：

步骤3.1、所述物联网设备利用用户账号的私钥对采集的物联网数据生成数字签名后，将物联网设备的数字身份标识、采集的物联网数据、生成的数字签名一起上传至物联网中；

步骤3.2、查询验证者通过物联网获取物联网设备所上传的数据后，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出公钥，从而基于公钥验证数字签名的真伪性；同时，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出交易编号，并在数字身份管理区块链上查询相应交易编号所对应的交易记录信息，从而验证数字身份标识与交易记录信息是否一致，若一致，则表明数字身份验证成功，反之表明验证失败。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在于：

1、本发明在物联网设备数字身份中融入了基于密码体系的区块链公钥地址以及交易编号，确保了生成的数字身份能够为物联网设备提供全球唯一性的标识，为大规模物联网设备组成的物联网络中构建有效标识体系奠定了基础；

2、本发明中，物联网设备通过区块链上部署的智能合约完成了初始出厂标识的记录以及新数字身份的注册，相关信息同步至全网节点，实现了注册时间、注册信息、数字身份信息等的实时分布式存储记录，在区块链网络留存不可变更的痕迹，保证了身份注册的真实性；

3、本发明中，物联网设备在上传采集的物联网数据时，附上其数字身份标识并对物联网数据进行数字签名，查询验证者在结合区块链的区块信息基础上，能够据此对采集物联网数据的物联网设备进行身份验证，实现了物联网设备的数字身份验证及追溯，确保了物联网设备的身份可信性。

附图说明

图1为本发明系统中主要相关参与方的交互示意图；

图2为本发明中物联网设备的数字身份注册时序图。

具体实施方式

本实施例中，一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统包括：物联网设备、数字身份管理区块链、设备入网客户端、物联网设备的生产商、查询验证者、分布式数据库；如图1所示，列出了该系统主要相关参与方的交互示意；物联网设备数字身份是指数字化的、能代表物联网设备身份的全球唯一性标识；数字身份管理区块链由若干物联网服务提供商共同组建，鉴于联盟链形式在管理上具有多方约束、权限准入等优势，该区块链以联盟链的形式提供所有在网物联网设备的数字身份管理；数字身份管理区块链上部署运行数字身份注册合约，该合约地址和合约内容完全公开，以实现各方监督、认可的数字身份注册流程；物联网设备的数字身份注册记录以区块链交易形式永久地、分布式存储于区块链网络各节点的区块中；具体的说，

物联网设备的生产商生成初始设备出厂标识并在存储在物联网设备中；初始设备出厂标识是由物联网编码标准编号以及设备编号组成；

设备入网客户端为物联网设备提供数字身份管理区块链的钱包程序；钱包程序为物联网设备在数字身份管理区块链上生成用户账号，以使物联网设备成为数字身份管理区块链的合法用户；用户账号包括基于非对称加密算法生成的公钥和对应的私钥；

设备入网客户端为物联网设备提供数字身份管理区块链上身份注册合约的合约地址；

物联网设备根据合约地址调用身份注册合约，并向身份注册合约提交物联网设备的初始设备出厂标识；

若身份注册合约调用成功，则身份注册合约生成物联网设备的数字身份标识，并返回给设备入网客户端和物联网设备；数字身份管理区块链将身份注册合约的调用作为一个交易记录进行保存；物联网设备的数字身份标识是由用户账号的公钥、交易编号和初始设备出厂标识组成；交易记录中保存交易编号、物联网设备的初始设备出厂标识、合约调用时间；

若身份注册合约调用失败，则身份注册合约返回身份注册失败消息给设备入网客户端和物联网设备；

物联网设备将数字身份标识进行本地化存储；同时将数字身份标识及其生成的时间作为一个条目增加到分布式数据库中进行存储；

物联网设备利用用户账号的私钥对采集的物联网数据生成数字签名后，将物联网设备的数字身份标识、采集的物联网数据、生成的数字签名一起上传至物联网中；

查询验证者通过物联网获取物联网设备所上传的数据后，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出公钥，从而基于公钥验证数字签名的真伪性；同时，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出交易编号，并在数字身份管理区块链上查询相应交易编号所对应的交易记录信息，从而验证数字身份标识与交易记录信息是否一致，若一致，则表明数字身份验证成功，反之表明验证失败。

本实施例中，一种基于区块链的物联网设备数字身份管理方法包括：物联网设备的数字身份注册、物联网设备的数字身份存储、物联网设备的数字身份查询和验证；具体的说，如图2所示，各环节详细步骤如下：

1、“物联网设备的数字身份注册”按如下步骤进行：

步骤1、物联网设备的数字身份注册：

步骤1.1、物联网设备在出厂时，由物联网设备的生产商生成初始设备出厂标识并存储在物联网设备中；初始设备出厂标识是由物联网编码标准编号以及设备编号组成，记为CodeSd#CodeID，其中，CodeSd为物联网设备编码标准的标准编号，CodeID为采用CodeSd编码标准生成的设备编号，“#”为分隔符；由于物联网设备编码目前存在uCode、EPC、OID、CSTR、Ecode等多种编码标准，为确保物联网设备编码的正确解析，需要在物联网数字身份生成前标注所采用的出厂标识编码标准，以便解析时根据相应的标准规则进行识别；

步骤1.2、物联网设备在入网时，由物联网服务提供商的设备入网客户端提供物联网设备与数字身份管理区块链的初始通信，设备入网客户端可以软件形式嵌入到物联网设备中，或独立于物联网设备并通过本地通信形式与物联网设备连接；

步骤1.2.1、设备入网客户端为物联网设备提供数字身份管理区块链的钱包程序；钱包程序为物联网设备在数字身份管理区块链上生成用户账号，以使物联网设备成为数字身份管理区块链的合法用户；用户账号包括基于非对称加密算法生成的公钥和对应的私钥，记为(PubKey，PriKey)，其中公钥PubKey经过哈希计算和编码后作为相应的区块链账号地址，私钥PriKey用于对发起的区块链交易进行签名；

步骤1.2.2、设备入网客户端为物联网设备提供数字身份管理区块链上身份注册合约的合约地址ContractAdd；

步骤1.2.3、物联网设备根据合约地址ContractAdd调用身份注册合约，并向身份注册合约提交物联网设备的初始设备出厂标识CodeSd#CodeID；

步骤1.3、若身份注册合约调用成功，则身份注册合约生成物联网设备的数字身份标识，并返回给设备入网客户端和物联网设备；物联网设备的数字身份标识是由用户账号的公钥、交易编号和初始设备出厂标识组成，记为PubKey/TxID/CodeSd#CodeID，其中PubKey为用户账号的公钥、TxID为交易编号、CodeSd#CodeID为初始设备出厂标识；数字身份管理区块链将身份注册合约的调用作为一个交易记录进行保存；交易记录中保存交易编号、物联网设备的初始设备出厂标识、合约调用时间；

若身份注册合约调用失败，则身份注册合约返回身份注册失败消息给设备入网客户端和物联网设备；

2、“物联网设备的数字身份存储”包括本地化存储和分布式数据库存储；其中，本地化存储是物联网设备在数字身份注册完成后，数字身份保存在物联网设备的本地存储单元中，当物联网设备上传采集的数据时，将附上数字身份标识一起上传；分布式数据库存储是物联网设备在数字身份注册完成后，将数字身份标识及其生成的时间作为一个条目增加到分布式数据库中进行存储，其他网络设备可通过分布式数据库对物联网设备的数字身份进行访问调取；

3、“物联网设备的数字身份查询和验证”按如下步骤进行：

步骤3.1、物联网设备利用用户账号的私钥对采集的物联网数据生成数字签名后，将物联网设备的数字身份标识、采集的物联网数据、生成的数字签名一起上传至物联网中；

步骤3.2、查询验证者通过物联网获取物联网设备所上传的数据后，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出公钥，从而基于公钥验证数字签名的真伪性；同时，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出交易编号，并在数字身份管理区块链上查询相应交易编号所对应的交易记录信息，从而验证数字身份标识与交易记录信息是否一致，若一致，则表明数字身份验证成功，反之表明验证失败。

Claims (2)

1.一种基于区块链的物联网设备数字身份管理系统，其特征包括：物联网设备、数字身份管理区块链、设备入网客户端、物联网设备的生产商、查询验证者、分布式数据库；

所述物联网设备的生产商生成初始设备出厂标识并在存储在物联网设备中；所述初始设备出厂标识是由物联网编码标准编号以及设备编号组成；

所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链的钱包程序；所述钱包程序为所述物联网设备在所述数字身份管理区块链上生成用户账号，以使所述物联网设备成为所述数字身份管理区块链的合法用户；所述用户账号包括基于非对称加密算法生成的公钥和对应的私钥；

所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链上身份注册合约的合约地址；

所述物联网设备根据所述合约地址调用所述身份注册合约，并向所述身份注册合约提交物联网设备的初始设备出厂标识；

若身份注册合约调用成功，则所述身份注册合约生成物联网设备的数字身份标识，并返回给所述设备入网客户端和物联网设备；所述数字身份管理区块链将所述身份注册合约的调用作为一个交易记录进行保存；所述物联网设备的数字身份标识是由所述用户账号的公钥、交易编号和初始设备出厂标识组成；所述交易记录中保存交易编号、物联网设备的初始设备出厂标识、合约调用时间；

若身份注册合约调用失败，则所述身份注册合约返回身份注册失败消息给所述设备入网客户端和物联网设备；

所述物联网设备将所述数字身份标识进行本地化存储；同时将数字身份标识及其生成的时间作为一个条目增加到分布式数据库中进行存储；

所述物联网设备利用用户账号的私钥对采集的物联网数据生成数字签名后，将物联网设备的数字身份标识、采集的物联网数据、生成的数字签名一起上传至物联网中；

所述查询验证者通过物联网获取物联网设备所上传的数据后，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出公钥，从而基于公钥验证数字签名的真伪性；同时，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出交易编号，并在数字身份管理区块链上查询相应交易编号所对应的交易记录信息，从而验证数字身份标识与交易记录信息是否一致，若一致，则表明数字身份验证成功，反之表明验证失败。

2.一种基于区块链的物联网设备数字身份管理方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、物联网设备的数字身份注册：

步骤1.1、所述物联网设备在出厂时，由所述物联网设备的生产商生成初始设备出厂标识并存储在物联网设备中；所述初始设备出厂标识是由物联网编码标准编号以及设备编号组成；

步骤1.2、所述物联网设备在入网时，由物联网服务提供商的设备入网客户端提供所述物联网设备与数字身份管理区块链的初始通信：

步骤1.2.1、所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链的钱包程序；所述钱包程序为所述物联网设备在所述数字身份管理区块链上生成用户账号，以使所述物联网设备成为所述数字身份管理区块链的合法用户；所述用户账号包括基于非对称加密算法生成的公钥和对应的私钥；

步骤1.2.2、所述设备入网客户端为所述物联网设备提供所述数字身份管理区块链上身份注册合约的合约地址；

步骤1.2.3、所述物联网设备根据所述合约地址调用所述身份注册合约，并向所述身份注册合约提交物联网设备的初始设备出厂标识；

步骤1.3、若身份注册合约调用成功，则所述身份注册合约生成物联网设备的数字身份标识，并返回给所述设备入网客户端和物联网设备；所述物联网设备的数字身份标识是由所述用户账号的公钥、交易编号和初始设备出厂标识组成；所述数字身份管理区块链将所述身份注册合约的调用作为一个交易记录进行保存；所述交易记录中保存交易编号、物联网设备的初始设备出厂标识、合约调用时间；

若身份注册合约调用失败，则所述身份注册合约返回身份注册失败消息给所述设备入网客户端和物联网设备；

步骤2、所述物联网设备将所述数字身份标识进行本地化存储；同时将数字身份标识及其生成的时间作为一个条目增加到分布式数据库中进行存储；

步骤3、物联网设备的数字身份查询和验证：

步骤3.1、所述物联网设备利用用户账号的私钥对采集的物联网数据生成数字签名后，将物联网设备的数字身份标识、采集的物联网数据、生成的数字签名一起上传至物联网中；

步骤3.2、查询验证者通过物联网获取物联网设备所上传的数据后，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出公钥，从而基于公钥验证数字签名的真伪性；同时，根据数据中提供的物联网设备的数字身份标识解析出交易编号，并在数字身份管理区块链上查询相应交易编号所对应的交易记录信息，从而验证数字身份标识与交易记录信息是否一致，若一致，则表明数字身份验证成功，反之表明验证失败。

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