CN111062807A

CN111062807A - 一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法

Info

Publication number: CN111062807A
Application number: CN201911301355.3A
Authority: CN
Inventors: 黄志清; 解鲁阳; 任浩方; 谷超
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-04-24

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，实现该评估方法的模型自下而上主要由数据平面、控制平面和交互平面三部分组成。本发明主要内容如下：账户管理模块、数据管理模块、权限管理模块和信誉评估模块；本发明首次将区块链运用到了数据服务评估领域，并研究了一套特有的数据质量评价指标体系，同时保证了系统的健壮性和数据的安全性。本发明所述的数据服务模型相比于集中式管理的数据共享系统的优势：由于区块链是以时间为维度，以密码学方式为保障对存入的数据进行存储，为以后的数据追溯提供了良好的有效途径；又由于区块链节点可随时加入区块链网络，可扩展性好，实现简单。

Description

一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法

技术领域

本发明涉及区块链技术、物联网数据服务、IPFS、信誉评估、数据加密技术、智能合约等技术领域，尤其是涉及区块链技术，实现了一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法和模型。

背景技术

物联网是当今世界未来的发展趋势，是让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。随着物联网技术的发展和规模的不断壮大，物联网产生了海量数据。数据质量是有效分析和利用大数据的前提，是大数据产生跨区域、跨行业、跨部门价值的保障。本发明首次将区块链引入数据服务评价领域，研究基于区块链技术的数据服务信誉评估方法，确立了数据评价指标体系，保证了评价信息的真实性、可追溯性和不可篡改性，从根本上防止了不法分子的不良行为。

目前，越来越多的数据共享平台应运而生，但在数据服务方面也存在着一定的挑战，主要体现在：1)信任问题：目前大多数的数据共享平台是中心化的，互不信任的交易方需要依靠第三方作为中介才可放心进行交易；2)安全问题：当接入海量数据后容易出现存储性能瓶颈问题。并且由于记录数据不透明，数据提供方可以通过不法手段更改自己的信用评分和数据评价内容。中心化共享平台容易出现单点失效问题，受到攻击后对整个平台会造成灾难性损失；3)质量问题：物联网数据具有多源异构、数据规模大、标量维度大，来源分散等特点，这就使得物联网数据质量参差不齐，且目前的平台没有系统的数据质量评价指标体系，造成用户无法在最短的时间内选择出优质、可信任的数据提供方。因此，研究出一种可信的分布式数据共享平台，和一套完整的数据质量评价体系至关重要。

鉴于此，本发明将基于区块链对物联网数据服务信誉评估方法进行研究并开发一个分布式的数据共享平台来进行信誉评估方法的验证。区块链技术是一个在双方不受信任的情况下可以进行可信交易的技术，它的特性是去中心化、数据防篡改、加密机制、共识机制、时间戳等。这些特性已经在金融领域进行了可行性应用。去中心化的分布式存储相比集中式存储，具有良好的可扩展性，同时也可以解决单点失效问题。节点间的共识机制确保了互不信任的节点可以进行可信的交易。数据不可篡改和时间戳特性保证了评价记录和存入的信誉值的不可篡改，并通过智能合约可以规范数据交换和信誉评估计算，无需人为参与，为用户能够提供更加可靠的可信数据。

本发明面向物联网数据服务信誉评估问题，研究基于区块链的物联网数据服务信誉评估模型，在此基础上分别从数据服务系统架构、数据存储、数据共享、数据评价指标体系、信誉评估计算等方面进行研究。本发明为物联网数据服务领域提供新型的去中心化思路，同时也对物联网数据服务评价提供有效的评价方案，为用户在进行交易前确认对方信誉度提供了强有力的参考依据。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，用来解决传统物联网数据服务存在的信任问题、数据孤岛、信誉评估、数据评价等问题。其系统原理图如图1所示。

本发明所采用的方案为一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，实现该评估方法的模型自下而上主要由数据平面、控制平面和交互平面三部分组成。数据平面由数据源层和IPFS层两个层组成。数据源层是由不同物联网机构、实验室或个人管理的数据源组成的。存储方法包括云存储、FTP和本地数据库等。 MySQL代表的关系数据库和MongoDB代表的非关系数据库。IPFS层用以组建 IPFS网络。IPFS网络负责存储占用大容量的各种数据信息，数据详细描述，热门数据和数据访问消息等。控制平面通过区块链和智能合约为用户提供完全透明和可信的数据连接和管理操作。区块链层是实现整体架构分散的基础，以事务方式记录所有关键业务流程，并确保不被篡改。合约层是业务逻辑的核心，采用Solidity语言编写，包括账户管理、数据管理和数据质量评价三个模块。账户管理实现用户访问，数据源账户信息管理和系统访问控制。数据管理包括数据发布、数据检索、数据订阅、数据请求、数据访问权限控制、数据定位和下载等。数据质量评价包括数据质量评价、用户信誉评分、恶意节点检测、信誉计算等。交互平面作为用户与控制平面之间的软件连接器。根据接口编程的思想，服务层通过规范函数调用接口将函数定义与实现分离。并将智能合约功能包装到不同的服务中。表示层为数据交换方提供了相互通信的可视界面。系统架构如图2所示。

本发明中提出的基于区块链的物联网数据服务信誉评估模型就是基于上述架构实现的，其功能结构如图3所示，其主要内容如下：

S1)账户管理模块；

1)创建账户；

2)注册账户；

3)账户管理；

S2)数据管理模块；

1)数据发布；

2)数据请求；

3)发布任务；

4)执行任务；

5)数据查询；

6)数据下载；

S3)权限管理模块；

1)数据访问控制；

2)数据授权；

3)数据权限管理；

S4)信誉评估模块；

1)数据评价；

2)信誉查询；

3)信誉更新；

上述的步骤中，具体的实现方法如下：

S1)中所述账户管理模块包含创建账户、注册账户和用户基本信息管理功能。在进行账号创建时，先输入密码，会生成一个唯一标识以太坊地址，再进行账户注册，给账户设置别名，账户初始时余额为0ETH，信誉值为1。注册的用户按需求分为数据提供者和数据请求者，只有进行注册过的用户才有权限使用其他功能。按角色分可分为普通用户和系统管理员。系统管理员对注册的用户进行身份审核。操作流程如图4所示。

S2)中所述数据管理模块主要分为数据模块和任务模块。

(1)任务模块中，涉及两个角色，任务发布者和任务执行者。发布者会根据自己的需求，在全网发布数据需求任务。任务执行者选择相应的任务进行执行，任务执行成功后，会获得相应的报酬和信誉分的奖励。如图5所示。

(2)数据模块中，具体分为数据请求者和数据提供者。数据提供者进行注册后，在数据发布模块填写数据相关描述、数据名称、数据类型、数据访问方式、数据采集方式、数据存储地址、密码、数据目标等。数据请求者在全网查询所有已经上传的数据，根据需求进行选择性请求，数据提供者审核通过之后，即请求成功。如图6所示。

S3)中所述的权限管理模块采用基于权能的访问控制机制，把权能作为数据拥有者对数据请求者对数据访问权限的特殊令牌，能做到以资源为单位的细粒度访问控制，该特殊令牌能用来进行数据访问。当数据所有者收到数据请求者的请求后，会对该请求进行审核，审核通过后，对该数据请求者进行授权，授权成功后，数据请求者会看到该数据的具体获取方式。如图7所示。

S4)中所述信誉评估模块为本发明的侧重点，该信誉评估模块根据物联网数据特征进行了分析，并制定数据质量评价指标。在数据请求者成功获得数据提供者的授权并访问了数据后，对该数据进行数据质量评价，通过评价指标各自的得分，通过智能合约进行信誉的加权计算，并实时更新，不论是评论数据还是信誉评分都会存储在区块链中，防止不法分子通过不法手段进行评论或信誉值篡改，为用户提供一个真实可靠的数据。如图8所示。

本发明与现有物联网数据服务信誉评估相比，有益效果如下：

(1)本发明所述的基于区块链的物联网数据服务信誉评估模型是首次将区块链运用到了数据服务评估领域，并研究了一套特有的数据质量评价指标体系，同时保证了系统的健壮性和数据的安全性。

(2)本发明所述的数据服务模型相比于集中式管理的数据共享系统的优势为：无需可信第三方的参与即可在双方互不信任的情况下进行相关交易，并且基于以太坊平台也会有以太币作为相应激励机制来促进本模型的正常运转，同时也解决了单点失效和数据孤岛问题。

(3)本发明基于区块链技术实现数据质量评价研究及应用，为其他领域的相关研究提供了有效思路，同时，由于区块链是以时间为维度，以密码学方式为保障对存入的数据进行存储，为以后的数据追溯提供了良好的有效途径；又由于区块链节点可随时加入区块链网络，可扩展性好，实现简单。

附图说明

图1为系统原理图。

图2为系统架构图。

图3为功能结构图。

图4为账户注册流程图。

图5为任务请求流程图。

图6为数据发布示意图。

图7为数据授权流程图。

图8为数据质量评价示意图。

图9为账户注册示意图。

图10为已发布数据列表示意图。

图11为用户请求数据示意图。

图12为用户审核授权示意图。

图13为任务发布示意图。

图14为转账示意图。

图15为信誉值和余额查询示意图。

图16为本发明实际部署图。

具体实施方式

为了使得本发明更加简明、清楚的描述其内容及优点，下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。具体的案例实施步骤如下所示：

步骤001：打开账户注册页进行注册，如图9所示。

步骤002：登陆成功后，数据提供者填写相关信息后在全网发布数据，如图 6所示。

步骤003：所有用户都可以查看已经发布在网络上的数据信息，如图10所示。

步骤004：数据请求者挑选自己需要的数据进行数据请求，等待数据提供者进行审核通过才可以进行数据访问。如图11、12所示。

步骤005：数据请求者发布数据请求任务，并设置任务相关属性信息，如图 13所示。

步骤005：数据提供者接受数据请求任务，将该任务添加到自己的数据请求列表并进行任务执行。

步骤006：用户之间可以直接进行以太币转账交易。如图14所示。

步骤006：数据请求者在成功获取到数据后，可以对数据质量进行评价。如图8所示。

步骤007：查看每个用户的信誉积分。如图15所示。

步骤008：数据提供者对数据进行授权访问。

本发明的实验案例是在某大学中使用9个Crossbow传感器节点采集了校园内不同地点的土壤湿度、空气温度、光照强度等数据，将详细数据存入IPFS中，将返回的HASH地址通过步骤002进行发布，通过web3.js与智能合约进行交互，把数据进行存储到区块链。使用了6台4G内存500G硬盘的台式计算机和3台8G内存 1T硬盘的笔记本作为实验设备，分别在每台设备中使用go-ethereum v1.8.3客户端搭建以太坊节点，搭建了以太坊私有网络。数据请求者通过步骤003查看数据列表。

Claims

1.一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估模型，其特征在于：自下而上由数据平面、控制平面和交互平面三部分组成；数据平面由数据源层和IPFS层两个层组成；数据源层是由不同物联网机构、实验室或个人管理的数据源组成的；存储方法包括云存储、FTP和本地数据库等；MySQL代表的关系数据库和Mongo DB代表的非关系数据库；IPFS层用以组建IPFS网络；IPFS网络负责存储占用大容量的各种数据信息，数据详细描述，热门数据和数据访问消息等；控制平面通过区块链和智能合约为用户提供完全透明和可信的数据连接和管理操作；区块链层是实现整体架构分散的基础，以事务方式记录所有关键业务流程，并确保不被篡改；合约层是业务逻辑的核心，采用Solidity语言编写，包括账户管理、数据管理和数据质量评价三个模块；账户管理实现用户访问，数据源账户信息管理和系统访问控制；数据管理包括数据发布、数据检索、数据订阅、数据请求、数据访问权限控制、数据定位和下载；数据质量评价包括数据质量评价、用户信誉评分、恶意节点检测、信誉计算；交互平面作为用户与控制平面之间的软件连接器；根据接口编程的思想，服务层通过规范函数调用接口将函数定义与实现分离；并将智能合约功能包装到不同的服务中；表示层为数据交换方提供了相互通信的可视界面。

2.利用权利要求1所述模型进行的一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，其特征在于：该方法的实施过程如下，

S1)账户管理模块；

1)创建账户；

2)注册账户；

3)账户管理；

S2)数据管理模块；

1)数据发布；

2)数据请求；

3)发布任务；

4)执行任务；

5)数据查询；

6)数据下载；

S3)权限管理模块；

1)数据访问控制；

2)数据授权；

3)数据权限管理；

S4)信誉评估模块；

1)数据评价；

2)信誉查询；

3)信誉更新。

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，其特征在于：具体的实现方法如下：

S1)中所述账户管理模块包含创建账户、注册账户和用户基本信息管理功能；在进行账号创建时，先输入密码，会生成一个唯一标识以太坊地址，再进行账户注册，给账户设置别名，账户初始时余额为0ETH，信誉值为1；注册的用户按需求分为数据提供者和数据请求者，只有进行注册过的用户才有权限使用其他功能；按角色分可分为普通用户和系统管理员；系统管理员对注册的用户进行身份审核。

4.根据权利要求2所述的一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，其特征在于：S2)中所述数据管理模块主要分为数据模块和任务模块；

(1)任务模块中，涉及两个角色，任务发布者和任务执行者；发布者会根据自己的需求，在全网发布数据需求任务；任务执行者选择相应的任务进行执行，任务执行成功后，会获得相应的报酬和信誉分的奖励；

(2)数据模块中，具体分为数据请求者和数据提供者；数据提供者进行注册后，在数据发布模块填写数据相关描述、数据名称、数据类型、数据访问方式、数据采集方式、数据存储地址、密码、数据目标；数据请求者在全网查询所有已经上传的数据，根据需求进行选择性请求，数据提供者审核通过之后，即请求成功。

5.根据权利要求2所述的一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，其特征在于：S3)中所述的权限管理模块采用基于权能的访问控制机制，把权能作为数据拥有者对数据请求者对数据访问权限的特殊令牌，能做到以资源为单位的细粒度访问控制，该特殊令牌能用来进行数据访问；当数据所有者收到数据请求者的请求后，会对该请求进行审核，审核通过后，对该数据请求者进行授权，授权成功后，数据请求者会看到该数据的具体获取方式。

6.根据权利要求2所述的一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，其特征在于：S4)中所述信誉评估模块为本发明的侧重点，该信誉评估模块根据物联网数据特征进行了分析，并制定数据质量评价指标；在数据请求者成功获得数据提供者的授权并访问了数据后，对该数据进行数据质量评价，通过评价指标各自的得分，通过智能合约进行信誉的加权计算，并实时更新，不论是评论数据还是信誉评分都会存储在区块链中，防止不法分子通过不法手段进行评论或信誉值篡改，为用户提供一个真实可靠的数据。

7.根据权利要求2所述的一种基于区块链的物联网数据服务信誉评估方法，其特征在于：

步骤001：打开账户注册页进行注册；

步骤002：登陆成功后，数据提供者填写相关信息后在全网发布数据；

步骤003：所有用户都可以查看已经发布在网络上的数据信息；

步骤004：数据请求者挑选自己需要的数据进行数据请求，等待数据提供者进行审核通过进行数据访问；

步骤005：数据请求者发布数据请求任务，并设置任务相关属性信息；

步骤005：数据提供者接受数据请求任务，将该任务添加到自己的数据请求列表并进行任务执行；

步骤006：用户之间直接进行以太币转账交易；

步骤006：数据请求者在成功获取到数据后，对数据质量进行评价；

步骤007：查看每个用户的信誉积分；

步骤008：数据提供者对数据进行授权访问。