CN111191283B - 基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，包括：以卫星定位流动站为节点建立联盟区块链；接收注册用户的定位请求信息，对定位请求信息进行解算，获得位置信息；选取背书节点，并将定位请求信息发送给背书节点；若收到的背书签名的数量满足第一预设数量，则将包含位置信息、背书签名的交易信息发送给排序节点；排序节点对交易信息打包生成区块，并广播；若收到的验证通过结果的数量满足第二预设数量，则广播通知各节点更新账本，并将位置信息返回给注册用户。本发明利用联盟区块链对用户请求服务到得到服务、用户间位置感知等流程进行信用提升和流程简化，有效地防止定位信息泄露、被篡改。

Description

基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法及装置

技术领域

本发明涉及区块链技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法及装置。

背景技术

当今社会是信息化社会，信息技术和信息产业在经济和社会发展中的作用日益加强，并发挥主导作用的动态发展过程。北斗系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，其提供的定位服务在生活的各方各面运用的越来越多，在其提供相关服务的背后伴随着大量的信息流动与交换。定位信息对于每个人是相对敏感的，为了避免信息泄露而带来的不良后果，其信息的安全性和保密性需要足够的保障。

如今北斗定位服务基本都是利用国家或者授权机构搭建的移动站子系统实现。用户向移动站子系统发出申请，移动站子系统再根据用户提供的信息进行解算，结算成功后在发送给用户，从而完成定位服务。移动站子系统由分布于各移动目标上的卫星定位流动站组成，每个流动站有北斗卫星接收天线、接收机、数据通信设备和相关控制器等组成的卫星接收部分，也有由差分基准站网络、系统服务器和差分发射站三部分组成的数据中心部分。而整个系统的重要数据存储就是存储在系统服务器之上。而系统服务器这类集中式的服务器容易受到恶意攻击从而产生定位信息泄露、信息的篡改等一系列问题。因此，亟需设计一种能够一定程度克服上述缺陷的技术方案。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法及装置，主要针对于用户在使用北斗系统定位时所产生的定位信息的保密与安全问题，通过区块链节点对每一个注册用户进行身份验证，确保注册用户的身份有效性；通过共识方式建立具有时间戳的分布式数据系统，使交易过程可靠有效，同时保证已完成交易的唯一、可溯源、不可篡改；通过搭建联盟区块链上的智能合约可以达成用户的自助可信交易，并且交易绝对可信，节省与合约相关的维护、保密等相关交易成本。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，包括：

以卫星定位流动站为节点建立联盟区块链；

接收注册用户的定位请求信息，对定位请求信息进行解算，获得位置信息；

选取背书节点，并将定位请求信息发送给背书节点；

若收到的背书签名的数量满足第一预设数量，

则将包含位置信息、背书签名的交易信息发送给排序节点；

排序节点对交易信息打包生成区块，并广播；

若收到的验证通过结果的数量满足第二预设数量，则广播通知各节点更新账本，并将位置信息返回给注册用户。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，定位请求信息包括星历数据、钟差数据。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，背书节点验证定位请求信息，若验证为真，则进行背书签名。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，排序节点按照时间顺序对交易信息进行排序，若交易信息的数量满足第三预设数量或等待时间达到最大等待时间，则对交易信息打包生成区块。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，接收到排序节点广播的节点对区块进行验证，若验证为有效，则产生验证结果，若验证为无效，则标记为无效区块。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，排序节点采用Gossip协议进行广播。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，接收待注册用户的注册申请和身份证明，并转发至证书签署单位；

证书签署单位对待注册用户进行核验，若通过，则颁发证书，完成注册。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，联盟区块链中设置有智能合约，智能合约内设置有验证规则，背书节点通过验证规则验证定位请求信息。

优选的是，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，以卫星定位流动站的集群服务器为节点建立联盟区块链。

本发明还提供了基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密装置，包括：

处理器；

存储器，其存储有可执行指令；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)由于区块链技术是参与方之间通过共享共识的方式建立的记录了所有交易的公共账本，形成对网络状态的共识，因此区块链中的信息天然就是参与方认可的、唯一的、可溯源、不可篡改的信息源。每一笔交易完成后都将被共识后打包成块，最终写入账本，账本数据无法被轻易篡改，保证了交易数据的安全。

(2)区块链是一种去中心化的分布式系统，其中每一个区块链节点都记录了从第一笔交易到最新一笔交易的完整数据库，每个账户的交易都可以溯源到历史的起点。同时，任何一个节点数据的破坏都不会影响整条联盟区块链的正常运转。保证了每一笔交易的数据完整性和安全性。

(3)采用PKI架构制定区块链中节点的身份管理机制，区块链将每一个接入的参与者交由CA机构进行身份验证，通过验证后将存储用户信息，并且赋予用户相应的权限。一旦发生问题或者异常，将可以直接追溯到具体的接入节点和参与者本身。

(4)利用联盟区块链实行智能合约，智能合约可以允许在没有第三方的情况下可信的进行特定业务规则下的一些操作，比如查询。利用智能合约达成的这些交易可追踪且不可逆转。并减少与合约相关的其他交易成本。

(5)采用联盟区块链。该链中的Peer节点可以拥有多个逻辑账本，并且可以参与多条链，具有非常大的拓展性，具备和其他的区块链连接扩展的能力。另一方面，Peer具有隔离性，如Peer之间的事务隔离、账本隔离。同时也具有不支持跨链路由，不支持跨链事务，跨链只读的特点。联盟区块链是个广泛的治理共同体，当多条链连接起来的时候，这些特点就赋予了这些共同体下的小集体能够做各自的深度治理的可能。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的网络结构图。

图3为本发明联盟区块链链间互联结构；

图4本发明创世区块结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在一种技术方案中，如图1所示，基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，包括：

以卫星定位流动站为节点建立联盟区块链；

接收注册用户的定位请求信息，对定位请求信息进行解算，获得位置信息；

选取背书节点，并将定位请求信息发送给背书节点；

若收到的背书签名的数量满足第一预设数量，

则将包含位置信息、背书签名的交易信息发送给排序节点；

排序节点对位置信息打包生成区块，并广播；

若收到的验证通过结果的数量满足第二预设数量，则广播通知各节点更新账本，并将位置信息返回给注册用户。

在上述技术方案中，注册用户向卫星定位流动站发送定位请求信息，定位请求信息为能够解算出用户位置的信息。在用户发起定位请求时，需要选取背书节点，可以采用轮询的方式选取背书节点。背书节点对定位请求信息进行验证，若验证通过，则进行背书签名。当给出背书签名的背书节点的数量满预设数量时，如五个，则将位置信息发送给排序节点。由排序节点对交易信息打包为新区块，并广播给其它节点，其它节点对新区块进行验证。当给出验证通过的节点数量满足预设数量时，则通知其它节点更新账本，并将位置信息返回给注册用户，注册用户得到当前的位置信息。排序节点优选为联盟区块链中信用较高的若干节点。可以看出，本技术方案提出一个基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，采用类似Hyperledger Fabric的架构。

本技术方案既不同于传统的星形网络这类中心化网络，也不同于完全的公有链这类完全去中心化网络。采用了联盟区块链的结构，在去除了汇聚节点这种危险系数比较高的网络结构的情况下，同时保证了一定的中心化。不但避免了汇聚节点被攻破会导致系统瘫痪的风险，而且还能够赋予整个行业联盟的最高管理者制定规则的能力。

本技术方案不同于以往的交易数据集中管理的方式。传统的管理方式是将数据上传于由组织机构监管的服务器，此类节点一旦发生内部故障或者遭到攻击，所有的交易数据就会丢失或者被恶意篡改。但是区块链技术保证每一个节点都存储着完整的从第一笔到最新一笔的所有交易数据，同时所有节点都有同样的共识机制。攻破50％以下的节点都不能够达到攻击效果，这样保证了数据的安全性、完整性和不可篡改性。

本技术方案不用于以往的交易建立方式。传统的交易通过用户发起，第三方管理平台建立平台，在用户间存储并转发相关数据，最终达成用户与用户之间的交易。联盟区块链中，省去了第三方的存储转发这一步骤，有通信需求的节点会联合起来形成一个channel通道，通道内节点可通过调用已经写好的智能合约自主完成相关的业务。这样省去了集中化方案中不必要的开销成本。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，定位请求信息包括星历数据、钟差数据。这里提供了优选的定位请求信息，方便节点解算出位置信息。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，背书节点验证定位请求信息，若验证为真，则进行背书签名。这里提供了背书签名的优选方式，验证是指检查用户来源的可靠性、检查所提供数据完整性。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，排序节点按照时间顺序对交易信息进行排序，若交易信息的数量满足第三预设数量或等待时间达到最大等待时间，则对交易信息打包生成区块。这里提供了优选的新区块生成方法，多个位置信息同时打包，节约计算资源，设置时间阈值(最大等待时间)也避免过长时间等待，浪费时间。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，接收到排序节点广播的节点对区块进行验证，若验证为有效，则产生验证结果，若验证为无效，则标记为无效区块。这里，验证为验证所接收的区块中包含的交易的有效性，包括背书策略验证及双花检测。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，排序节点采用Gossip协议进行广播。Gossip协议不同于以往的每次广播会通知所有节点的全局广播方式。其内容为：排序节点排序打包好交易并生成新的区块，通道上的leader节点从排序服务拉取数据并向其组织中任意K个节点的对等节点广播，之后每一个记账节点接收到相关的消息后，它都可以随机选择K个对等节点进行转发。如果有节点掉线或者未响应等情况，可以通过之后的反熵机制来补全账本，反熵机制会让节点周期性地和邻近节点比对账本，并维护和更新账本信息。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，接收待注册用户的注册申请和身份证明，并转发至证书签署单位；

证书签署单位对待注册用户进行核验，若通过，则颁发证书，完成注册。这里，通过严格审查，方便溯源追责。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，联盟区块链中设置有智能合约，智能合约内设置有验证规则，背书节点通过验证规则验证定位请求信息。这里，验证规则内置在智能合约中，方便调用。

在另一种技术方案中，所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，以卫星定位流动站的集群服务器为节点建立联盟区块链。这里，通过集群服务器提高计算速度和安全性。

本发明还提供了基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密装置，包括：

处理器；

存储器，其存储有可执行指令；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法。

本技术方案基于与基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法相同的发明构思得到，可参考方法部分的描述。本技术方案的装置不限于pc、终端、服务器。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法及装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

以下以一个具体实施例具体说明：

在应用上我们可以将每一次用户发起定位请求到卫星解算完成并回传给用户这一过程看作一次交易，此后将每一次完整的定位服务都称作一次交易。

用户通过SDK向节点发起RPC请求以发起交易，节点收到交易后将交易转发到排序节点中，受到足够的交易后，将交易排序打包为区块。生成区块后，利用共识算法进行共识，验证区块无误且节点间达成共识后，将区块上链。当节点通过同步模块从其他节点处下载缺失的区块时，会同样对区块进行执行及验证。

基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法如下：

1、以各个卫星定位流动站集群服务器作为Peer节点集群，建立联盟区块链。由卫星定位流动站的北斗卫星官方和各个被授权的建站方作为区块链的主要成员，并参与整体交易规则的制订。

本发明网络结构图如图2所示。需要定位服务的个人或企业用户可通过向相应的Peer节点申请注册而得到卫星定位流动站的服务授权，从而通过智能合约实现相关的服务，包括定位、导航、通讯、查询和溯源。

本发明联盟区块链链间互联结构如图3所示。Peer节点可以拥有多个逻辑账本，并且可以参与多条链。不同组织的部分Peer节点之间可以构成另一条联盟区块链，不同组织中的Peer节点可以选择自己的CA机构。组织内部也可以制定自己的内部MSP。

注册时通过向验证节点发送请求并提供相应的身份证明，然后经由验证节点转发至具有公信力的证书签署单位(Certificate Authority,CA)并申请相应的TLS证书。

CA会对每个组织内部的peer节点发起注册申请的用户进行核验，通过后会颁发证书，此后用户证书以及信息将存储于区块链当中。

申请成功后，经由CA信任签名并返回TLS证书给验证节点，节点认证并存储回传的TLS证书。

此时验证节点将用户所申请的账号信息以及TLS证书一并回传给用户，用户完成注册。

2、完成注册的用户节点可通过主要成员已经部署好的智能合约自主的向节点请求实现定位、导航或者查询功能。

注册用户为外部账户，可响应或发起智能合约，但是不支持参与智能合约的编写制订。

Peer节点是区块链中主要组成部分，其承载了账本及智能合约，每个peer节点上包含了一个或多个账本和智能合约。peer节点一般指的是服务器终端此类物理设备，Peer节点主要负责通过执行链码(智能合约)实现对账本的读写操作。所有的Peer节点都是记账节点，在应用程序向节点发起交易背书请求的时候有些Peer节点也可以作为背书节点。

移动站的服务器通常是一个计算机集群，每一个移动站可以看作是一个组织，其中有若干服务器，可部署为若干Peer节点，每台服务器上配置注册节点的都可以通过Peer节点发起交易操作。

用户通过应用程序从Peer节点发起交易后，发起交易的Peer节点与多个排序节点一起构成通道，并生成创世区块和系统通道。本发明创世区块结构如图4所示。

此时进入共识过程：

应用程序根据背书策略的要求选择背书节点，然后给这些背书节点发送需要执行的交易提案。背书节点调用链码(智能合约)执行这些交易提案。背书节点会依照智能合约来模拟整个过程，模拟成功后会进行背书签名，之后Peer节点将背书后的交易发送给排序节点节点。

排序节点接受已经签名背书的交易，确定交易的顺序和数量，将排好序的交易打包到区块中，产生新的区块广播给Peer节点进行验证。

Peer节点会验证所接收的区块中包含的交易的有效性，包括背书策略验证及双花检测(double-spending)。而后根据验证成功与否执行不同的决策。

当收集到足够多来自于其它不同Peer节点的验证之后，记账节点(发起交易的Peer节点)，然后转发给排序节点，由排序节点进行全链广播，通知各个节点更新自身的账本。

更优的，排序节点广播所采用的是Gossip协议。

Gossip协议不同于以往的每次广播会通知所有节点的全局广播方式。其内容为：排序节点排序打包好交易并生成新的区块，通道上的leader节点从排序服务拉取数据并向其组织中任意K个节点的对等节点广播，之后每一个记账节点接收到相关的消息后，它都可以随机选择K个对等节点进行转发。如果有节点掉线或者未响应等情况，可以通过之后的反熵机制来补全账本，反熵机制会让节点周期性地和邻近节点比对账本，并维护和更新账本信息。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，包括：

以卫星定位流动站为节点建立联盟区块链；

接收注册用户的定位请求信息，对定位请求信息进行解算，获得位置信息；

选取背书节点，并将定位请求信息发送给背书节点；

若收到的背书签名的数量满足第一预设数量，则将包含位置信息、背书签名的交易信息发送给排序节点；

排序节点对交易信息打包生成区块，并广播；

若收到的验证通过结果的数量满足第二预设数量，则广播通知各节点更新账本，并将位置信息返回给注册用户；

背书节点验证定位请求信息，若验证为真，则进行背书签名；

联盟区块链中设置有智能合约，智能合约内设置有验证规则，背书节点通过验证规则验证定位请求信息。

2.如权利要求1所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，定位请求信息包括星历数据、钟差数据。

3.如权利要求1所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，排序节点按照时间顺序对交易信息进行排序，若交易信息的数量满足第三预设数量或等待时间达到最大等待时间，则对交易信息打包生成区块。

4.如权利要求1所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，接收到排序节点广播的节点对区块进行验证，若验证为有效，则产生验证结果，若验证为无效，则标记为无效区块。

5.如权利要求1所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，排序节点采用Gossip协议进行广播。

6.如权利要求1所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，接收待注册用户的注册申请和身份证明，并转发至证书签署单位；

证书签署单位对待注册用户进行核验，若通过，则颁发证书，完成注册。

7.如权利要求1所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法，其特征在于，以卫星定位流动站的集群服务器为节点建立联盟区块链。

8.基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密装置，其特征在于，包括：

处理器；

存储器，其存储有可执行指令；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行权利要求1～7任一所述的基于联盟区块链的北斗定位信息安全加密方法。

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