CN111125737A - 基于区块链的环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于环境监测技术领域，提供了一种基于区块链的环境监测系统，其中，该系统包括监测设备，数据采集设备及数据分析设备；所述监测设备，用于采集预设类型的环境数据，对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备；所述数据采集设备，用于接收所述监测设备发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密，将解密后的环境数据写入区块链；所述数据分析设备，用于对所述环境数据进行分析，并将得到的分析结果写入所述区块链。本发明采用去中心化的网络架构，将经过验证的环境数据写入区块链，保证了环境数据的不可篡改性，且链上的每个节点都存储有完整的环境数据，保证了数据的存储安全。

Description

基于区块链的环境监测系统

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种基于区块链的环境监测系统。

背景技术

近年来，随着经济的发展，全球环境质量严重下降，给生态系统和人类社会造成各种直接或间接的危害，严重影响了人们的生产和生活水平。面对日益严重的环境污染问题，环境治理迫在眉睫。

目前的环境监测系统都是以中心服务器提供服务，属于高度集中的系统架构，易受到攻击导致数据被篡改，不仅使得公众对环境监测数据的真实度失去信任，而且会妨碍政府进行环境保护决策的制定。

因此，如何保证获取到的环境监测数据真实有效且不被篡改，成为当下亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于区块链的环境监测系统，采用去中心化的网络架构，将经过验证的环境数据写入区块链，保证了环境数据的不可篡改性，且链上的每个节点都存储有完整的环境数据，保证了数据的存储安全。

本发明实施例提供了一种基于区块链的环境监测系统，该包括：监测设备，数据采集设备及数据分析设备；

所述监测设备，用于采集预设类型的环境数据，对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备；

所述数据采集设备，用于接收所述监测设备发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密，将解密后的环境数据写入区块链；

所述数据分析设备，用于对所述环境数据进行分析，并将得到的分析结果写入所述区块链。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的基于区块链的环境监测系统包括监测设备，数据采集设备及数据分析设备；所述监测设备，用于采集预设类型的环境数据，对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备；所述数据采集设备，用于接收所述监测设备发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密，将解密后的环境数据写入区块链；所述数据分析设备，用于对所述环境数据进行分析，并将得到的分析结果写入所述区块链。本发明采用去中心化的网络架构，将经过验证的环境数据写入区块链，保证了环境数据的不可篡改性，且链上的每个节点都存储有完整的环境数据，保证了数据的存储安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于区块链的环境监测系统的架构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种区块链示意图；

图3是本发明实施例提供的终端的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种基于区块链的环境监测系统的架构示意图，该系统包括：监测设备11，数据采集设备12及数据分析设备13；

所述监测设备11，用于采集预设类型的环境数据，对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备12；

所述数据采集设备12，用于接收所述监测设备11发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密，将解密后的环境数据写入区块链；

所述数据分析设备13，用于对所述环境数据进行分析，并将得到的分析结果写入所述区块链。

可选的，所述预设类型的环境数据包括预设类型的土壤监测数据、预设类型的水质监测数据、预设类型的噪声监测数据和预设类型的空气监测数据。

在本发明实施例中，环境监测数据包括环境质量监测数据和/或环境污染源监测数据。不同的监测设备配置有对应类型的传感器或采集装置，例如，用于采集预设类型的水质监测数据，传感器用于获取预设地点的水的水温、PH值、溶解氧、高锰酸钾指数COD等国家相关标准指示的物理生化特征指标；用于采集预设类型的空气监测数据，传感器用于采集二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、PM10、一氧化碳、臭氧和气象五常数及能见度等指标；若用于采集预设类型的土壤监测数据，传感器用于采集土壤的PH值、镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等指标；若用于采集预设类型的噪声监测数据，则用于采集监测地点的分贝数据等。

具体的，本发明实施例不对环境数据的类型进行限制。

可选的，为保证监测设备11与数据采集设备12之间的数据传输安全，在本发明实施例中，监测设备和数据采集设备采用椭圆曲线加密算法对采集到的环境数据进行加密，具体的：

所述监测设备11选择随机数r，计算点rG＝(x，y)，其中，G为预设有限域上的椭圆曲线的基点；

所述监测设备11根据所述随机数r，环境数据M的哈希值h，私钥k，计算s＝(h+kx)/r，获得签名{rG＝(x，y)，s}；

所述监测设备11将所述环境数据M和所述签名{rG＝(x，y)，s}发送至所述数据采集设备12；

所述接收所述监测设备11发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密：所述数据采集设备12根据所述环境数据M求哈希值h，并使用所述监测设备11的公钥K计算h/sG+x/sK，若计算结果与rG相等，则解密成功。

进一步的，为防止他人恶意改变监测设备的地址，导致环境监测数据以另一种方式被篡改，在本发明实施例中，提供如下方法解决这一问题：

所述数据采集设备12还用于获取所述监测设备11发送的地理位置信息，在所述数据采集设备12将解密后的环境数据写入区块链之前，所述数据采集设备12还用于；

所述数据采集设备12在解密成功后，根据所述监测设备11的公钥确定所述监测设备11的身份信息；

所述数据采集设备12根据所述监测设备11的身份信息，在预存储在所述区块链的映射表中获取所述监测设备11所对应的地理位置信息，其中，所述映射表包含所述监测设备11的身份信息与所述监测设备11所对应的地理位置信息的唯一映射关系；

所述数据采集设备12判断所述监测设备11发送的地理位置信息，与在所述映射表中获取的所述监测设备11所对应的地理位置信息是否一致，若一致，则将所述环境数据写入所述区块链。

由于监测设备的身份信息以及其地理位置信息是写入区块链的，保证了其不可篡改的特性，从而进一步保证了监测设备地理位置信息的真实性。

可选的，结合图2，所述区块链中的区块包括区块头和区块体，所述区块头包含前一区块的地址和时间戳，所述时间戳用于表示所述区块的创建时间，所述区块体包含所述环境数据。

可选的，所述环境数据包括采集所述环境数据的监测设备11的标识信息，监测内容信息，监测数据信息，监测时间信息和所述监测设备11的签名信息。

可选的，该系统的所有数据采集设备12和所有数据分析设备13构成联盟链上的节点。

联盟链是部分去中心化，或称为多中心化的区块链，适用于多个实体构成的组织或联盟，联盟链在效率和灵活性上更有优势，在本发明实施例中，由于基于区块链的环境监测系统所涉及的节点有限，因此本申请采用联盟链，在联盟链中，只有授权的节点才能在区块链中读取及写入数据，授权的节点仅限于与环境监测相关的政府监管部门及其他授权节点。

进一步的，本发明实施例还提供了一种应用于本申请提供的基于区块链的环境监测系统的联盟链中的节点准入方法，包括：

在所述区块链中预设置白名单配置文件，所述白名单配置文件包括预设的合法节点的名称、以太坊地址、IP地址及端口号；

当所述联盟链中的节点启动时，读入所述白名单配置文件；

当有新的节点请求加入所述联盟链时，所述联盟链中的节点根据所述白名单配置文件对所述新的节点的合法性进行验证；

若所述新的节点合法，则所述联盟链中的节点与所述新的节点建立连接。

可选的，所述对所述环境数据进行分析包括：

所述数据分析设备13通过所述区块链中的预设智能合约，对所述环境数据进行分析，并对分析结果进行展示，其中，所述预设智能合约包括所述环境数据的值与预设环境状态的唯一映射关系。

进一步，若所述环境数据为预设类型的空气监测数据，还可以采用机器学习的方法，对环境数据进行分析，包括：

通过BP神经网络对第一预设时间段的预设类型的空气监测数据进行学习，并根据学习结果调整BP神经网络的权值和阈值，直至学习结果小于预设误差，得到训练完成的BP神经网络；

所述数据分析设备13将所述环境数据输入训练完成的BP神经网络的输入层，得到位于所述环境数据的采集时间之后的第二预设时间的空气监测数据的预测值，并根据所述预测值对控制质量进行预警。

本发明实施例提供的基于区块链的环境监测系统包括监测设备，数据采集设备及数据分析设备；所述监测设备，用于采集预设类型的环境数据，对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备；所述数据采集设备，用于接收所述监测设备发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密，将解密后的环境数据写入区块链；所述数据分析设备，用于对所述环境数据进行分析，并将得到的分析结果写入所述区块链。本发明采用去中心化的网络架构，将经过验证的环境数据写入区块链，保证了环境数据的不可篡改性，且链上的每个节点都存储有完整的环境数据，保证了数据的存储安全。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图3是本发明实施例提供的终端的示意图。该终端可以是本申请所提供的的基于区块链的环境监测系统中的监测设备，数据采集设备或数据分析设备。如图3所示，该实施例的终端3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现该终端在系统中所对应的功能所对应的方法。

示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述终端3中的执行过程。

所述终端3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端3的示例，并不构成对终端3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述终端3的内部存储单元，例如终端3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端3的外部存储设备，例如所述终端3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述终端3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的环境监测系统，其特征在于，该系统包括：监测设备，数据采集设备及数据分析设备；

所述监测设备，用于采集预设类型的环境数据，对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备；

所述数据采集设备，用于接收所述监测设备发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密，将解密后的环境数据写入区块链；

所述数据分析设备，用于对所述环境数据进行分析，并将得到的分析结果写入所述区块链。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，所述预设类型的环境数据包括预设类型的土壤监测数据、预设类型的水质监测数据、预设类型的噪声监测数据和预设类型的空气监测数据。

3.根据权利要求1所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，所述对采集到的环境数据进行加密，并将加密后的环境数据发送至数据采集设备包括：

所述监测设备选择随机数r，计算点rG＝(x，y)，其中，G为预设有限域上的椭圆曲线的基点；

所述监测设备根据所述随机数r，环境数据M的哈希值h，私钥k，计算s＝(h+kx)/r，获得签名{rG＝(x，y)，s}；

所述监测设备将所述环境数据M和所述签名{rG＝(x，y)，s}发送至所述数据采集设备；

所述接收所述监测设备发送的加密后的环境数据，并对所述环境数据进行解密包括：

所述数据采集设备根据所述环境数据M求哈希值h，并使用所述监测设备的公钥K计算h/sG+x/sK，若计算结果与rG相等，则解密成功。

4.根据权利要求3所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，所述数据采集设备还用于获取所述监测设备发送的地理位置信息，在所述数据采集设备将解密后的环境数据写入区块链之前，所述数据采集设备还用于；

所述数据采集设备在解密成功后，根据所述监测设备的公钥确定所述监测设备的身份信息；

所述数据采集设备根据所述监测设备的身份信息，在预存储在所述区块链的映射表中获取所述监测设备所对应的地理位置信息，其中，所述映射表包含所述监测设备的身份信息与所述监测设备所对应的地理位置信息的唯一映射关系；

所述数据采集设备判断所述监测设备发送的地理位置信息，与在所述映射表中获取的所述监测设备所对应的地理位置信息是否一致，若一致，则将所述环境数据写入所述区块链。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，所述区块链中的区块包括区块头和区块体，所述区块头包含前一区块的地址和时间戳，所述时间戳用于表示所述区块的创建时间，所述区块体包含所述环境数据。

6.根据权利要求5所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，所述环境数据包括采集所述环境数据的监测设备的标识信息，监测内容信息，监测数据信息，监测时间信息和所述监测设备的签名信息。

7.根据权利要求1至4任一项所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，该系统的所有数据采集设备和所有数据分析设备构成联盟链上的节点。

8.根据权利要求7所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，该系统还用于：

在所述区块链中预设置白名单配置文件，所述白名单配置文件包括预设的合法节点的名称、以太坊地址、IP地址及端口号；

当所述联盟链中的节点启动时，读入所述白名单配置文件；

当有新的节点请求加入所述联盟链时，所述联盟链中的节点根据所述白名单配置文件对所述新的节点的合法性进行验证；

若所述新的节点合法，则所述联盟链中的节点与所述新的节点建立连接。

9.根据权利要求1所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，所述对所述环境数据进行分析包括：

所述数据分析设备通过所述区块链中的预设智能合约，对所述环境数据进行分析，并对分析结果进行展示，其中，所述预设智能合约包括所述环境数据的值与预设环境状态的唯一映射关系。

10.根据权利要求1所述的基于区块链的环境监测系统，其特征在于，若所述环境数据为预设类型的空气监测数据，所述对所述环境数据进行分析包括：

通过BP神经网络对第一预设时间段的预设类型的空气监测数据进行学习，并根据学习结果调整BP神经网络的权值和阈值，直至学习结果小于预设误差，得到训练完成的BP神经网络；

所述数据分析设备将所述环境数据输入训练完成的BP神经网络的输入层，得到位于所述环境数据的采集时间之后的第二预设时间的空气监测数据的预测值，并根据所述预测值对控制质量进行预警。

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