CN110738493A - 基于区块链的本体维护系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于区块链的本体维护系统，包括指令验证模块、区块信息构建模块、区块链构建模块、本体修改模块和可视化模块，指令验证模块接收本体维护指令并进行结构验证与词性验证，当验证通过后输出至区块信息构建模块进行指令数据的解析和Merkle树构建，区块链构建模块将来自区块信息构建模块的工作量证明成功的区块进行节点验证、数据检查和继续广播，本体修改模块接收节点验证通过的区块，在本体中匹配定位区块中待修改的词汇，并根据本体维护指令维护本体并完成文档的更新，可视化模块将更新结果输出展示给用户。本发明解决了本体由于复杂程度越来越高所带来的工作量骤增和安全准确性下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种信息处理领域的技术，具体涉及一种基于区块链的本体维护系统。
背景技术
当前在本体研究领域已提出了诸多本体构建方法与编辑工具，并构建了多个不同领域的可作为标准的本体模型。但随着应用领域的扩大和本体描述语言的发展，本体的数量和规模激增，其复杂程度也越来越高，并且本体的庞大数量和高复杂度直接导致本体维护的高成本；难以对领域知识和用户需求做出与时俱进的变革；因本体构建维护者缺少和使用者间的交流而导致本体使用中的误解；仅仅依靠专家或个人往往无法承担构建一个完整本体的任务等。因此，为了交流信息和知识,实现对知识体系构造、组织和完善，达到知识的重用和互操作，本文提出了使用区块链的技术来维护本体。
当前越来越多的应用程序使用公开可用的本体来省去从头开始构建本体的工作。然而，通常公开可用的标准本体需要扩展以包含特定组织的某些特定领域知识。此外，需要维护本体以反映它所描述的世界部分的变化。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于区块链的本体维护系统，通过利用区块链的集体维护、分布式数据存储、共识机制、加密算法等计算机技术，一方面来实现共同维护本体，一方面减少了领域专家的工作量，同时理论上可以让所有人参与到本体维护的过程中，利用大多数人的智慧共同维护本体，从而使得本体更加健全和权威。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：指令验证模块、区块信息构建模块、区块链构建模块、本体修改模块和可视化模块，其中：指令验证模块接收本体维护指令并进行结构验证与词性验证，当验证通过后输出至区块信息构建模块进行指令数据的解析和Merkle树构建，区块链构建模块将来自区块信息构建模块的工作量证明成功的区块进行节点验证、数据检查和继续广播，本体修改模块接收节点验证通过的区块，在本体中匹配定位区块中待修改的词汇，并根据本体维护指令维护本体并完成文档的更新，可视化模块将更新结果输出展示给用户。
所述的区块信息包括：区块头和区块主体，其中：区块头的大小为80字节，由4字节的版本号、32字节的上一个区块的Hash值、32字节的Merkle Root Hash、4字节的时间缀(当前时间)、4字节的当前难度值、4字节的随机数组成；区块主体负责记录的前一段时间内的所有指令数据列表则附加在区块头后面。
所述的本体维护指令是指：用户在给定规范指导下在指定文本框中输入的主谓宾三元组形式的指令。
所述的接收本体维护指令，采用但不限于三个分别代表主语、谓语、宾语的输入框进行输入，对应进行的结构验证是指：对输入的本体维护指令进行判断结构，即判断所有的输入框里是不是都已填上内容而非出现任意空缺；词性验证是指：判断输入框中采集的词性是否依次为名词、动词、名词。
所述的指令数据的解析是指：对收集到的本体维护指令进行预处理并形成结构化的数据，从而将这种结构化的数据传入区块信息构建模块。
所述的节点验证是指：当任一节点收到其它节点传过来的工作量证明成功的区块的信息时，首先验证该工作量证明是否成功，即获得的字符串的前n位零的个数是否符合预设的零的位数，同时校验新区块中每一个指令是否合法，其包括但不限于传输过程中是否被篡改等。
所述的数据检查包括：核对区块中的本体维护指令是否重复，即所增加的关联是否已存在于本体中而无需重复增加，以及核对所增加的关联是否符合逻辑等。
所述的继续广播是指：节点将验证成功的区块以链状的形式加到各自原先的链中，然后继续向邻居节点广播收到的区块信息，从而更新整个区块链的信息，保持所有节点的信息基本一致，且所有的节点数据由集体维护，体现了模型的公开和公正性。
所述的Merkle树构建是指：区块信息构建模块将区块的指令数据列表，通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash，并以Merkle Root Hash作为指令数据列表的摘要存到区块头中，同时对指令数据进行数字签名，向区块头中增加时间戳，并用SHA256算法进行工作量证明，证明成功后，将该区块进行p2p方式的传播。
所述的工作量证明是指：将Merkle Root Hash及其他相关字段组装成区块头，通过不停的变换区块头中的随机数值作为输入进行SHA256哈希运算，找出一个特定格式哈希值的过程，即要求有一定数量的前导0，当计算出的字符串的前n位零的个数与系统设置的一致，则认为工作量证明成功。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过引入区块链技术中的去中心化，分布式数据存储，集体维护，共识机制，加密算法等特性，使本体更加安全可靠，很难被篡改，并且任何人都可以参与到领域本体的管理和维护过程中，从而构建一个健全的权威的领域本体，同时很大程度上减轻了领域专家的工作，通过参与该维护过程的所有节点的共同监督，防止领域专家由于个人原因出现的纰漏所造成的不准确的领域本体。这对于本体在信息科学领域发挥重要作用起到了很好的促进效果，解决了本体由于复杂程度越来越高所带来的工作量骤增和安全准确性下降的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为实施流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：指令验证模块、区块信息构建模块、区块链构建模块、本体修改模块、可视化模块，其中：
所述的指令验证模块包括：结构验证单元和词性验证单元，其中：结构验证单元接收用户在指定文本框中输入的主谓宾三元组形式的本体维护指令并进行结构验证，词性验证单元与区块信息构建模块相连并传输词性验证通过的指令信息。
所述的区块信息构建模块包括：Merkle树构建单元、数字签名单元和时间戳单元，其中：Merkle树构建单元解析区块主体中的本体维护指令并得到指令数据列表的MerkleRoot Hash的区块信息，数字签名单元将节点用私钥签名的指令信息输出至时间戳单元，时间戳单元进行工作量证明并将证明成功的区块信息输出至区块链构建模块。
所述的区块链构建模块包括：工作量验证单元、数据检查单元、节点链接单元和数据广播单元，其中：工作量验证单元对区块信息进行校验并将校验合法有效的区块信息输出至数据检查单元，数据检查单元进行重复性检查和逻辑性检查后将指令准确无误的区块信息输出至节点链接单元，节点链接单元将待新增的区块以链状的形式加到现有的区块链中生成新区块链，数据广播单元将新区块链输出至本体修改模块。
所述的本体修改模块包括：触发修改单元、主语定位单元、宾语定位单元、建立关联单元和更新文档单元，其中：触发修改单元与主语定位单元相连并传输维护指令中主语信息，并在本体中不存在主语时增补主语，主语定位单元与宾语定位单元相连并传输维护指令中的宾语信息，并在本体中不存在宾语时增补宾语，宾语定位单元与建立关联单元相连并传输维护指令中的谓语信息同时按照用户输入的谓语建立关联，建立关联单元与更新文档单元相连并传输建立新关联后的本体，更新文档单元与可视化模块相连并传输更新后的本体文档。
如图2所示，上述系统通过以下方式进行工作：用户只有在输入自己独有的ID后方可进行后续的本体维护操作。其中指令验证模块可以随时接收用户在参考指令规范后在指定文本框中输入的主谓宾三元组形式的本体维护指令，并对该指令做结构验证与词性验证，结构验证意指输入结构的判断，即判断三个框里是不是都已填上内容而非出现任意空缺，词性验证即判断输入的三个词的词性是否依次为名词、动词、名词，根据验证的结果作不同的处理，若验证未通过，会将该指令返回用户，用户修改后可重新输入指令；若验证通过，指令会被指定进行后续操作。
所述的区块信息构建模块会在区块的构造过程中将该区块要包含的指令数据，通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash，并以此作为指令数据列表的摘要存到区块头中，从而可以只保留根节点信息来节省存储空间。然后通过不停的变换区块头中的随机数，并对每次变更后的的区块头做SHA256哈希运算进行工作量证明操作，将结果值与当前网络的目标值做对比，当计算出的字符串的前n位零的个数与系统设置的一致，则解题成功，工作量证明完成，然后将该区块的信息进行p2p传播到其它区块中。
所述的区块链构建模块中各个区块都具备数据存储与共享模块的功能。当某一节点收到其它节点传过来的工作量证明成功区块的信息时，首先会验证一下该工作量证明是否成功，即获得的字符串的前n位零的个数是否符合预设的零的位数，然后对区块中的数据进行检查，例如数据是否重复等，当检查通过，则将该区块数据连接到对应的区块下。当想修改某个区块的信息，则需要重新计算该区块下所有的区块的工作量证明工作，当某个区块后连接的区块数目到达某个值时，重新计算该区块及其后区块的所有工作量证明，是几乎不可能实现的，从而保证了区块中的数据无法被篡改。同时该节点会继续向邻居节点广播收到的区块信息，从而更新整个区块链的信息，保持所有节点的信息基本一致，且所有的节点数据由集体维护，体现了模型的公开和公正性。
所述的本体修改模块接收到节点认证通过的区块后，按照用户输入的主谓宾三元组中的主语和宾语在本体中匹配定位需要修改的词汇，当主语或宾语对应的词汇在本体中不存在，则在本体中增加相应的词汇，然后按照用户输入的谓语建立关联，从而完成维护本体，并更新文档，文档中存储着用某种形式表示的关联关系。
所述的可视化模块提供浏览本体的功能，浏览本体是本体编辑和维护过程中必不可少的部分，对于高效的编辑和维护本体来说至关重要。可以将更新后的文档以多种格式如图形模式、RDF三元组格式、OWL格式展示在可视化界面，当用户任何时候想查询该本体领域的各种关联关系等时，都可以在可视化模块中获得想要的结果。
上述工作的技术指标与国内外同类产品的技术参数的比较见表1。
表1技术特性对比
与现有技术相比，本系统将领域本体的维护与区块链技术相结合，使领域本体能够进行分布式存储，且无法被篡改，保证了本体的安全可靠和健全性。本发明构建的用区块链技术维护本体的模型，任何人都可以参与到领域本体的管理和维护过程中，更新频率高，准确率高，难度系数低，工作量小，这对于本体在信息科学领域发挥重要作用起到了很好的促进效果，解决了本体由于复杂程度越来越高所带来的工作量骤增和安全准确性下降的问题。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种基于区块链的本体维护系统，其特征在于，包括：指令验证模块、区块信息构建模块、区块链构建模块、本体修改模块和可视化模块，其中：指令验证模块接收本体维护指令并进行结构验证与词性验证，当验证通过后输出至区块信息构建模块进行指令数据的解析和Merkle树构建，区块链构建模块将来自区块信息构建模块的工作量证明成功的区块进行节点验证、数据检查和继续广播，本体修改模块接收节点验证通过的区块，在本体中匹配定位区块中待修改的词汇，并根据本体维护指令维护本体并完成文档的更新，可视化模块将更新结果输出展示给用户；
所述的本体维护指令是指：用户在给定规范指导下在指定文本框中输入的主谓宾三元组形式的指令；
所述的接收本体维护指令，采用但不限于三个分别代表主语、谓语、宾语的输入框进行输入，对应进行的结构验证是指：对输入的本体维护指令进行判断结构，即判断所有的输入框里是不是都已填上内容而非出现任意空缺；词性验证是指：判断输入框中采集的词性是否依次为名词、动词、名词。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的指令数据的解析是指：对收集到的本体维护指令进行预处理并形成结构化的数据，从而将这种结构化的数据传入区块信息构建模块。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的节点验证是指：当任一节点收到其它节点传过来的工作量证明成功的区块的信息时，首先验证该工作量证明是否成功，即获得的字符串的前n位零的个数是否符合预设的零的位数，同时校验新区块中每一个指令是否合法。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据检查包括：核对区块中的本体维护指令是否重复，即所增加的关联是否已存在于本体中而无需重复增加，以及核对所增加的关联是否符合逻辑。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的Merkle树构建是指：区块信息构建模块将区块的指令数据列表，通过Merkle Tree算法生成Merkle Root Hash，并以MerkleRoot Hash作为指令数据列表的摘要存到区块头中，同时对指令数据进行数字签名，向区块头中增加时间戳，并用SHA256算法进行工作量证明，证明成功后，将该区块进行p2p方式的传播。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的工作量证明是指：将Merkle RootHash及其他相关字段组装成区块头，通过不停的变换区块头中的随机数值作为输入进行SHA256哈希运算，找出一个特定格式哈希值的过程，即要求有一定数量的前导0，当计算出的字符串的前n位零的个数与系统设置的一致，则认为工作量证明成功。
7.根据权利要求1～6中任一所述的系统，其特征是，所述的指令验证模块包括：结构验证单元和词性验证单元，其中：结构验证单元接收用户在指定文本框中输入的主谓宾三元组形式的本体维护指令并进行结构验证，词性验证单元与区块信息构建模块相连并传输词性验证通过的指令信息。
8.根据权利要求1～6中任一所述的系统，其特征是，所述的区块信息构建模块包括：Merkle树构建单元、数字签名单元和时间戳单元，其中：Merkle树构建单元解析区块主体中的本体维护指令并得到指令数据列表的Merkle Root Hash的区块信息，数字签名单元将节点用私钥签名的指令信息输出至时间戳单元，时间戳单元进行工作量证明并将证明成功的区块信息输出至区块链构建模块。
9.根据权利要求1～6中任一所述的系统，其特征是，所述的区块链构建模块包括：工作量验证单元、数据检查单元、节点链接单元和数据广播单元，其中：工作量验证单元对区块信息进行校验并将校验合法有效的区块信息输出至数据检查单元，数据检查单元进行重复性检查和逻辑性检查后将指令准确无误的区块信息输出至节点链接单元，节点链接单元将待新增的区块以链状的形式加到现有的区块链中生成新区块链，数据广播单元将新区块链输出至本体修改模块。
10.根据权利要求1～6中任一所述的系统，其特征是，所述的本体修改模块包括：触发修改单元、主语定位单元、宾语定位单元、建立关联单元和更新文档单元，其中：触发修改单元与主语定位单元相连并传输维护指令中主语信息，并在本体中不存在主语时增补主语，主语定位单元与宾语定位单元相连并传输维护指令中的宾语信息，并在本体中不存在宾语时增补宾语，宾语定位单元与建立关联单元相连并传输维护指令中的谓语信息同时按照用户输入的谓语建立关联，建立关联单元与更新文档单元相连并传输建立新关联后的本体，更新文档单元与可视化模块相连并传输更新后的本体文档。
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