CN110247965A - 一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法及系统。本发明包括：IoT数据采集平台：对平台的日志文件和数据打包；中间件服务器集群提供消息服务，实现IoT数据采集平台与中间件服务器集群之间的交互；区块链服务器：根据接收的来自中间件服务器集群发送的数据存储服务消息，接IoT数据采集平台的数据，并对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据；区块链数据查询：根据签名检查发送者身份合法，该区块链服务器通过分布式对等网络（P2P网络）发送数据存储请求，请求区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
Description
技术领域
本发明涉及食品安全监测数据存储领域，特别是基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法及系统。
背景技术
食品质量安全监测的进行，依托各种食品安全相关的数据开展，数据的完整性、准确性、安全性均影响着食品质量安全监测。随着大数据技术的愈发成熟，食品质量安全方面的大数据应用也逐渐增多；联网设备，用户越来越多的个性化APP，不断增长的数据共享需求，都对数据存储提出了更高的要求；食品质量安全相关的数据的增多，也随之带来诸多的负面效果，如数据运维成本增高、处理成本增高、数据的安全性降低，影响食品安全监测。
发明内容
本发明的目的在于，提供基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法及系统。本发明通过物联网技术（IoT）直接抓取检验设备中的数据，避免人为误差，抓取的数据通过区块链技术进行储存，实现检验数据的真实性及可追溯性。本发明能够降低数据处理成本，提高数据安全性和降低运维成本，提高检验数据的真实性并提供真实性验证。
本发明的技术方案：一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，包括下述步骤：
（1）IoT数据采集平台对平台的日志文件和数据打包；中间件服务器集群提供消息服务，实现IoT数据采集平台与中间件服务器集群之间的交互；
（2）中间件服务器集群经MQ服务器与IoT数据采集平台通讯，对IoT数据采集平台中的业务进行处理，生成数据存储服务消息，经由链上报文后，将数据存储服务消息传至区块链服务器集群中对应的一台区块链服务器；并将日志文件和数据分别存储至文件系统服务器和数据库服务器；
（3）步骤（2）中的区块链服务器根据接收的来自中间件服务器集群发送的数据存储服务消息，接收来自步骤（1）的IoT数据采集平台的数据，并对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据；所述的区块链数据包括版本号、上一区块哈希码值、Merkle根节点、时间戳、难度值、随机数和存储数据；
（4）步骤（2）中的区块链服务器通过分布式对等网络与区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行交互，将步骤（3）生成的区块链数据传至分布式对等网络中的各区块链服务器进行存储。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法所述的步骤（3）中，区块链服务器接收到来自IoT数据采集平台的数据后，按下述步骤处理，
（31）区块链服务器中的信息管理服务模块利用中间件服务器集群调用HSM加密服务，对来自IoT数据采集平台的数据加密并签名；
（32）信息管理服务模块发送数据存储请求至中间件服务器集群；
（33）中间件服务器集群通过MQ服务器将数据存储请求转化为链上报文结构，并将链上报文结构发送至区块链服务器；
（34）区块链服务器根据签名检查发送者身份合法性；
若发送者身份不合法，形成检查信息反馈给中间件服务器集群，通知检查未通过；信息管理服务模块核实检查信息后，通知信息管理服务模块签名有误，信息管理服务模块进行错误处理，流程结束；
若发送者身份合法，区块链服务器接收到来自中间件服务器集群发送的信息和数据后，根据发送的信息，对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法所述的步骤（4）具体为：区块链服务器根据签名检查发送者身份合法，此时该区块链服务器通过分布式对等网络发送数据存储请求，请求区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法所述步骤（4）中，区块链服务器集群中，每个接收到数据存储记账请求的区块链服务器，在本地检查签名是否合法；
若签名身份不合法，各区块链服务器之间无法达成共识，数据存储交易被抛弃，同时，信息管理服务模块检测到数据存储交易超时，进行数据存储交易超时处理，流程结束；
若签名身份合法，各区块链服务器之间达成存储共识，进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法所述步骤（31）中，数据的加密和签名具体为：
信息管理服务模块经中间件服务器集群调用HSM加密服务，通过HSM加密服务模块的SHA256加密算法，生成私有密钥和公有密钥，其中私有密钥提供给该区块链服务器；
信息管理服务模块利用步骤所述的公有密钥对来自IoT数据采集平台的数据加密，并对数据进行签名，生成摘要信息。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法中，区块链数据存储于区块链账本成功后，中间件服务器集群检测到区块链账本变化，将数据存储信息上链成功信息反馈给信息管理服务模块；信息管理服务模块收到反馈信息后进行数据存储记账成功后的业务处理，流程结束。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统：包括由多个网络节点构成的分布式对等网络，每个网络节点对应设置一台区块链服务器构成区块链节点，区块链服务器与中间件服务器通过数据存储接口、上传报文接口、待签字原文接口连接，实现报文上传、数据存储和数字签名；中间件服务器分别与MQ服务器、文件系统服务器和数据库服务器集群通过MQ消息接口、文件上传接口、数据上传接口连接，中间件服务器经MQ服务器与IoT数据采集平台实现通讯；
所述的中间件服务器集群由多个中间件服务器构成，每个中间件服务器设置有数据存储接口、上传报文接口、待签字原文接口、文件上传接口、数据上传接口和MQ消息接口，用于实现IoT数据的存储、上链、事件通知以及与各服务器的信息交互；
所述的文件系统服务器，用于存储经由中间件服务器的文件信息；
所述的数据库服务器集群，用于存储经由中间件服务器的数据信息；
所述的MQ服务器，用于完成中间件服务器集群、IoT数据采集平台以及区块链服务器集群之间的通讯；
所述的区块链服务器集群，由多个区块链服务器构成，用于完成区块数据的存储、处理、分析和应用；
所述的分布式对等网络，由多个网络节点构成，每个网络节点对应连接一台区块链服务器；所述的分布式对等网络，用于提供区块数据存储的接口端，也用于提供作业人员与系统交互的端口。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的食品质量安全监测来源于IoT数据采集平台，由于IoT数据采集平台对食品安全数据的采集、处理和分析，更快速、更高效、更智能，且IoT数据采集平台能够从仪器终端获取数据，避免了人为误差，有效保证了本发明所存储数据的信息更全面、来源可保障、内容更丰富、信息更加真实可靠，有效地改善数据采集的时效性，提高系统的集成性能，降低数据的处理成本。
（2）本发明的IoT数据采集平台能够将不同的业务检测系统互联，保障各系统数据的集中不分散，实现不同业务系统的数据整合与分析；将各检测仪器设备互联，不仅能保证仪器数据实时采集解析，还能对仪器设备进行实时监控，提升了使用机构对仪器的跟踪管理力度，利于仪器设备间的交互，促进数据信息共享。
本发明将区块链技术与IoT数据采集平台进行巧妙地融合，利用分布式存储，将经由IoT平台采集的数据存储于区块链网络节点，实现数据存储“去中心化”，降低系统运维成本。利用区块链加密技术以及时间戳的存储机制，对数据进行加密，确保数据及文件的安全性的同时，实现数据的可追溯性。此外，利用区块链智能合约技术，实现各种数据在区块链上的操作处理。
综上，本发明通过物联网技术（IoT）直接抓取检验设备中的数据，避免人为误差，抓取的数据通过区块链技术进行储存，实现检验数据的真实性及可追溯性。本发明能够降低数据处理成本，提高数据安全性和降低运维成本，提高检验数据的真实性并提供真实性验证。
附图说明
图1为本发明IoT数据存储系统的结构框架；
图2为本发明IoT数据存储系统的各层结构框架；
图3为中间件服务器集群与区块链网络集群的拓扑结构；
图4为区块链数据的数据结构；
图5为本发明数据存储流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，如图3和5所示，包括下述步骤：
（1）IoT数据采集平台对平台的日志文件和数据打包；中间件服务器集群提供消息服务，实现IoT数据采集平台与中间件服务器集群之间的交互；
（2）中间件服务器集群经MQ服务器与IoT数据采集平台通讯，对IoT数据采集平台中的业务进行处理，生成数据存储服务消息，经由链上报文后，将数据存储服务消息传至区块链服务器集群中对应的一台区块链服务器；并将日志文件和数据分别存储至文件系统服务器和数据库服务器；
（3）步骤（2）中的区块链服务器根据接收的来自中间件服务器集群发送的数据存储服务消息，接收来自步骤（1）的IoT数据采集平台的数据，并对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据；所述的区块链数据的数据结构如图4所示，包括版本号（当前区块版本号，主要对应当前区块头的结构及各个字段的含义）、上一区块哈希码值（通常指前一区块的区块摘要，区块在区块链中的唯一标识）、Merkle根节点（由本区块里相关的信息通过树状结构算法汇总生成的摘要值）、时间戳（表示本区块的生成时间刻度（正整数），从1970年起的时间计数，精度为毫秒数，正序增加）、难度值（通常用于表示记账节点竞争记账权的Hash计算难度的参数）、随机数（区块随机数，通常用于记账节点竞争记账权的Hash计算的可变参数）和存储数据；
（4）步骤（2）中的区块链服务器通过分布式对等网络与区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行交互，将步骤（3）生成的区块链数据传至分布式对等网络中的各区块链服务器进行存储，便于作业人员利用分布式对等网络对数据进行查询、追溯以及验证等操作。
前述的步骤（3）中，区块链服务器接收到来自IoT数据采集平台的数据后，按下述步骤处理，
（31）区块链服务器中的信息管理服务模块利用中间件服务器集群调用HSM加密服务，对来自IoT数据采集平台的数据加密并签名；
（32）信息管理服务模块发送数据存储请求至中间件服务器集群；
（33）中间件服务器集群通过MQ服务器将数据存储请求转化为链上报文结构，并将链上报文结构发送至区块链服务器；
（34）区块链服务器根据签名检查发送者身份合法性；
若发送者身份不合法，形成检查信息反馈给中间件服务器集群，通知检查未通过；信息管理服务模块核实检查信息后，通知信息管理服务模块签名有误，信息管理服务模块进行错误处理，流程结束；
若发送者身份合法，区块链服务器接收到来自中间件服务器集群发送的信息和数据后，根据发送的信息，对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据。具体地，若验证成功，生成一个签名验证的难度值、Merkle根值、调用上一区块（即指上一个数据存储单元，也即是上一个数据包）的哈希码值，并生成一个随机数和数据存储版本号；中间件服务器集群将生成的信息与存储的数据封装成一个区块链数据，并生成封装信息。
前述的步骤（4）具体为：区块链服务器根据签名检查发送者身份合法，此时该区块链服务器通过分布式对等网络（P2P网络）发送数据存储请求，请求区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
前述的步骤（4）中，区块链服务器集群中，每个接收到数据存储记账请求的区块链服务器，在本地检查签名是否合法；
若签名身份不合法，各区块链服务器之间无法达成共识，数据存储交易被抛弃，同时，信息管理服务模块检测到数据存储交易超时，进行数据存储交易超时处理，流程结束；
若签名身份合法，各区块链服务器之间达成存储共识，进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
存储后，通过摘要算法，生成存证文件的摘要信息，并将数据存储信息、存储时间和存储摘要信息封装以供查询验证；
封装后生成的存证查验二维码，供各移动客户端进行扫码查询验证。
前述的步骤（31）中，数据的加密和签名具体为：
信息管理服务模块经中间件服务器集群调用HSM加密服务，通过HSM加密服务模块的SHA256加密算法，生成私有密钥和公有密钥，其中私有密钥提供给该区块链服务器；
信息管理服务模块利用步骤所述的公有密钥对来自IoT数据采集平台的数据加密，并对数据进行签名，生成摘要信息。
区块链数据存储于区块链账本成功后，中间件服务器集群检测到区块链账本变化，将数据存储信息上链成功信息反馈给信息管理服务模块；信息管理服务模块收到反馈信息后进行数据存储记账成功后的业务处理，流程结束。
前述的基于区块链的IoT数据存储系统，构成如图1和2所示，包括由多个网络节点构成的分布式对等网络，每个网络节点对应设置一台区块链服务器构成区块链节点，区块链服务器与中间件服务器通过数据存储接口、上传报文接口、待签字原文接口连接，实现报文上传、数据存储和数字签名；中间件服务器分别与MQ服务器、文件系统服务器和数据库服务器集群通过MQ消息接口、文件上传接口、数据上传接口连接，中间件服务器经MQ服务器与IoT数据采集平台实现通讯；
所述的中间件服务器集群由多个中间件服务器构成，每个中间件服务器设置有数据存储接口、上传报文接口、待签字原文接口、文件上传接口、数据上传接口和MQ消息接口，用于实现IoT数据的存储、上链、事件通知以及与各服务器的信息交互；
所述的文件系统服务器，用于存储经由中间件服务器的文件信息；
所述的数据库服务器集群，用于存储经由中间件服务器的数据信息；
所述的MQ服务器，用于完成中间件服务器集群、IoT数据采集平台以及区块链服务器集群之间的通讯，包括上链、反馈、调用等。
所述的区块链服务器集群，由多个区块链服务器构成，用于完成区块数据的存储、处理、分析和应用；
所述的分布式对等网络，由多个网络节点构成，每个网络节点对应连接一台区块链服务器；所述的分布式对等网络，用于提供区块数据存储的接口端，也用于提供作业人员与系统交互的端口。
Claims (7)
1.一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）IoT数据采集平台对平台的日志文件和数据打包；中间件服务器集群提供消息服务，实现IoT数据采集平台与中间件服务器集群之间的交互；
（2）中间件服务器集群经MQ服务器与IoT数据采集平台通讯，对IoT数据采集平台中的业务进行处理，生成数据存储服务消息，经由链上报文后，将数据存储服务消息传至区块链服务器集群中对应的一台区块链服务器；并将日志文件和数据分别存储至文件系统服务器和数据库服务器；
（3）步骤（2）中的区块链服务器根据接收的来自中间件服务器集群发送的数据存储服务消息，接收来自步骤（1）的IoT数据采集平台的数据，并对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据；所述的区块链数据包括版本号、上一区块哈希码值、Merkle根节点、时间戳、难度值、随机数和存储数据；
（4）步骤（2）中的区块链服务器通过分布式对等网络与区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行交互，将步骤（3）生成的区块链数据传至分布式对等网络中的各区块链服务器进行存储。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，区块链服务器接收到来自IoT数据采集平台的数据后，按下述步骤处理，
（31）区块链服务器中的信息管理服务模块利用中间件服务器集群调用HSM加密服务，对来自IoT数据采集平台的数据加密并签名；
（32）信息管理服务模块发送数据存储请求至中间件服务器集群；
（33）中间件服务器集群通过MQ服务器将数据存储请求转化为链上报文结构，并将链上报文结构发送至区块链服务器；
（34）区块链服务器根据签名检查发送者身份合法性；
若发送者身份不合法，形成检查信息反馈给中间件服务器集群，通知检查未通过；信息管理服务模块核实检查信息后，通知信息管理服务模块签名有误，信息管理服务模块进行错误处理，流程结束；
若发送者身份合法，区块链服务器接收到来自中间件服务器集群发送的信息和数据后，根据发送的信息，对数据进行加密、时间戳生成、写入数据的操作，形成区块链数据。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，其特征在于，所述的步骤（4）具体为：区块链服务器根据签名检查发送者身份合法，此时该区块链服务器通过分布式对等网络发送数据存储请求，请求区块链服务器集群中的其他区块链服务器进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
4.根据权利要求3所述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，其特征在于，步骤（4）中，区块链服务器集群中，每个接收到数据存储记账请求的区块链服务器，在本地检查签名是否合法；
若签名身份不合法，各区块链服务器之间无法达成共识，数据存储交易被抛弃，同时，信息管理服务模块检测到数据存储交易超时，进行数据存储交易超时处理，流程结束；
若签名身份合法，各区块链服务器之间达成存储共识，进行数据存储记账，将区块链数据存储于区块链账本，并全网广播数据写入成功信息。
5.根据权利要求4所述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，其特征在于，步骤（31）中，数据的加密和签名具体为：
信息管理服务模块经中间件服务器集群调用HSM加密服务，通过HSM加密服务模块的SHA256加密算法，生成私有密钥和公有密钥，其中私有密钥提供给该区块链服务器；
信息管理服务模块利用步骤所述的公有密钥对来自IoT数据采集平台的数据加密，并对数据进行签名，生成摘要信息。
6.根据权利要求3所述的基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法，其特征在于，区块链数据存储于区块链账本成功后，中间件服务器集群检测到区块链账本变化，将数据存储信息上链成功信息反馈给信息管理服务模块；信息管理服务模块收到反馈信息后进行数据存储记账成功后的业务处理，流程结束。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的基于区块链的IoT数据存储系统，其特征在于：包括由多个网络节点构成的分布式对等网络，每个网络节点对应设置一台区块链服务器构成区块链节点，区块链服务器与中间件服务器通过数据存储接口、上传报文接口、待签字原文接口连接，实现报文上传、数据存储和数字签名；中间件服务器分别与MQ服务器、文件系统服务器和数据库服务器集群通过MQ消息接口、文件上传接口、数据上传接口连接，中间件服务器经MQ服务器与IoT数据采集平台实现通讯；
所述的中间件服务器集群由多个中间件服务器构成，每个中间件服务器设置有数据存储接口、上传报文接口、待签字原文接口、文件上传接口、数据上传接口和MQ消息接口，用于实现IoT数据的存储、上链、事件通知以及与各服务器的信息交互；
所述的文件系统服务器，用于存储经由中间件服务器的文件信息；
所述的数据库服务器集群，用于存储经由中间件服务器的数据信息；
所述的MQ服务器，用于完成中间件服务器集群、IoT数据采集平台以及区块链服务器集群之间的通讯；
所述的区块链服务器集群，由多个区块链服务器构成，用于完成区块数据的存储、处理、分析和应用；
所述的分布式对等网络，由多个网络节点构成，每个网络节点对应连接一台区块链服务器；所述的分布式对等网络，用于提供区块数据存储的接口端，也用于提供作业人员与系统交互的端口。
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| CN201910511192.5A CN110247965A (zh) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | 一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN201910511192.5A Pending CN110247965A (zh) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | 一种基于区块链的IoT数据存储系统的存储方法及系统 |
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