CN111431960A - 一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，属于物联网技术领域。该方法包括以下步骤：S1：构建基于区块链的去中心化物联网标识解析架构，利用Hyperledger Fabric超级账本多通道特性，将传统单根节点解析转换为多根节点对等解析；S2：引入基尼系数，构建异构标识解析节点信誉值的解析服务竞争模型，动态平衡各解析服务器负载，提高标识解析效率；S3：设计适用于标识解析的区块结构，通过智能合约实现物联网异构标识对等解析。该方法通过解析节点上链和解析多通道的方式以保障异构标识解析的去中心化和稳定性，解决了传统标识解析系统中单根节点解析结构中心化问题，避免了出现单一节点负载过重的问题。

Description

一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，涉及一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法。

背景技术

随着全球物联网设备数量爆发式增长，物联网中的物体标识是物联网服务中最基础的构成。物联网标识是识别各种物理和逻辑实体的方法，识别之后可以实现对物体信息的查询、管理和控制，并以此为基础实现各种物联网应用。出于商业竞争和主权安全的目的，各个国家或者组织都希望能够管控与其所拥有物联网资源相关的标识服务。由于物联网标识体系不像互联网标识DNS(DomainName System，域名系统)一样拥有统一的标准，存在多种不同的物联网标识体系，并且各个标识系统的编码和解析规则各不相同，难以相互解析。以美国EPCglobal提出的ONS(ObjectName Service，对象名称解析服务)为代表的集中式控制体系会造成根节点的单极化问题，影响标识解析服务作为一个公共服务的可用性和可靠性。

物联网的主要目标是实现各种资源的互联互通，不应局限于某一种应用而在特定国家或者组织使用的特定技术、编码规则和解析服务来组建的闭环。因此，如何有效解决传统标识解析中的中心化问题、如何保障各个国家或者机构组织间的标识解析独立自主权，如何实现真正的对等解析和信息共享，成为了本领域研究人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：构建基于区块链的去中心化物联网标识解析架构，利用HyperledgerFabric超级账本多通道特性，传统单根节点解析转换为多根节点对等解析；

S2：引入基尼系数，构建异构标识解析节点信誉值的解析服务竞争模型，动态平衡各解析服务器压力，提高标识解析效率；

S3：设计适用于标识解析的区块结构，通过智能合约实现物联网异构标识对等解析服务。

可选的，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：基于超级账本HyperledgerFabric，创建物联网标识解析架构的系统通道(SystemChannel)的系统节点，把传统的物联网标识解析根节点解析模式转换为多根对等解析模式，其中，系统节点自有账本进行各子通道标识体系识别码和各标识体系映射信息记录，多根节点根据系统账本进行数据的更新与同步；

S12：利用超级账本HyperledgerFabric的多通道特性，创建属于各个标识体系的子通道通道和其对应的标识解析节点；

S13：系统通道的系统节点负责管理和维护异构标识系统的加入和退出，并根据识别码识别标识解析请求，并把解析请求转发到对应的标识体系通道内广播。

可选的，所述步骤S12具体包括：

S121:新标识体系节点向系统节点发出解析请求时，系统节点判断其请求标识是否是已存在的标识体系，根据对应通道内的投票意见，决定是否为申请节点进行新标识体系注册或拒绝；

S122:已有的标识体系申请退出，向系统节点发出申请，系统节点广播该退出请求给其他通道内节点，根据收到的回复意见，决定是否停止申请退出的标识体系的解析服务功能和账本记录功能，停止该标识体系的使用。

可选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：采用基于信誉值的模型，为了避免出现单一解析节点出现单点失效的风险，引入基尼系数构建解析节点的信誉值加分模型，以均衡其解析请求负载。解析节点完成解析获得的加分由基础信誉值和平衡信誉值组成。

基础信誉值αi的计算方法采用式(1)：

其中,c代表初始设置的基本信誉值加分，

代表节点i在第t轮次周期内的出错率，

代表节点i在第t轮次周期内获得的解析数；

平衡信誉值β_i计算方法采用式(2)：

其中，

代表节点i在t-1轮次周期后的信誉值，

代表在t-1轮次周期后的系统总信誉值，

代表节点i在第t轮次周期内的出错率，

代表在第t轮次周期内系统各节点出错率之和，

代表在第t轮次周期内各节点获得的基本分均值，Geni代表基于各个解析节点的第t-1轮次周期后的信誉值算出的基尼系数。

S22：基于解析节点信誉值构建解析服务竞争模型，解析节点根据信誉值来竞争解析权。将解析服务划分为不同的时间周期，每个周期内依据解析正确率和信誉值乘积占比来随机选取出解析节点。

解析节点被选取概率具体如式(3)：

其中，R_correct(i)代表节点i的解析正确率，value(i)代表节点i的当前信誉值。

可选的，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：根据标识解析特点，设计如图2所示的区块存储结构，区块结构包括解析申请者、解析响应者、解析背书者、解析类型等区块数据字段，以便智能合约使用；

S32：当解析节点收到解析请求时，通过调用智能合约查询是否已存在该解析记录，如存在，返回解析结果；如不存在，则通过步骤S22中的解析服务竞争模型选择解析节点响应本次标识解析请求服务；

S33：解析节点完成标识解析后，通过步骤S22中模型计算其信誉值，并通过智能合约发起背书流程；

S34：选取背书节点进行解析结果验证，验证结果正确，则背书节点签名，发起交易并把解析结果存入账本。

本发明的有益效果在于：本发明通过构建基于区块链的去中心化的物联网标识解析架构，提供了一个管理多种异构标识注册和解析的方法，能够避免现有标识解析系统中存在的单点失效，权力集中等问题；引入基尼系数，构建解析节点信誉值的解析服务竞争模型，增强了解析服务的公平性和有效性，缓解单一节点负载过重的问题；提出物联网异构标识对等解析服务机制，提高了解析服务的效率，保障了解析服务的可靠性。

本发明基于区块链的物联网异构标识对等解析方法有如下优点：

(1)本发明通过Hyperledger Fabric超级账本的多通道机制，使得各个标识体系拥有独立的解析记录账本且不会相互影响。

(2)本发明通过引入解析节点的信誉值和解析正确率作为选取解析节点的重要依据，从而缓解标识解析系统顶层节点解析负载过重的情况，提高解析服务的效率。

(3)本发明通过使用区块链技术，解决了分布式架构下多根节点的数据同步一致性问题，即使存在部分节点失效的情况下，整个系统也能维持正常解析服务。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的基于区块链的去中心化的物联网标识解析架构图；

图2为本发明涉及的基于物联网标识解析的超级账本区块结构图；

图3为本发明涉及到的基于节点信誉值的竞争机制选取解析节点的详细流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本文提出一种基于区块链的去中心化的物联网标识解析架构图，该方法的基本思想是：

步骤1：以Hyperledger Fabric搭建底层区块链，并根据物联网标识解析特点，设计区块结构如图2所示，为不同标识体系创建对应的标识通道，以及异构标识体系加入和退出机制。

步骤2：通过客户端发送标识解析请求，系统节点收到标识解析请求后，进入预解析阶段。根据标识的识别码，把标识请求转发到对应的标识通道内，查询对应的标识账本记录是否已存在相关解析结果记录，如果已存在，直接返回解析结果在信息服务器上的地址。客户端通过地址即可访问到对应的资源。反之，把标识解析请求在通道内广播，进行竞争解析。

步骤3：根据不同周期的信誉值竞争机制，选出进行本次标识解析请求的解析节点进行解析，把相关解析结果记录到对应的账本上，返回解析结果。并记录本次解析节点信誉行为作为下一个周期竞选解析节点的参考依据。

详细的基于信誉值的竞争解析机制流程如图3所示，具体各步骤的实施如下：

1)：选取节点进行解析

选取的重要依据是节点的历史解析正确率和节点的信誉值。系统根据各个节点总的历史解析正确率值和信誉值的乘积随机决定出在每个周期内每一个解析请求分配的节点，即在每个周期内每个节点获得解析请求的概率为：

进一步的，在首次周期内进行节点的历史解析正确率初始设定为100％，信誉值设定为当前各个节点信誉值的均值，即首次周期中各个节点获得解析权的概率均等。在之后的周期中，每个节点参与竞争解析权的依据取决于其解析正确率和信誉值的变化。并且根据其信誉值的差异，在之后的周期每个节点完成一次成功解析的信誉值加分也不同。

背书节点的选取类似解析节点的选取，除首轮周期外，从上一个周期中低于平均信誉值的节点中，随机选取2个节点作为背书节点，负责对解析节点的解析结果验证和背书。

2)：解析节点信誉值更新

每当一次解析请求完成后，解析节点根据其前一个周期内的信誉值和本轮周期内的出错率决定，计算出在本次周期内获得对应的信誉值。具体规则如下：首先根据各个节点在本轮周期前累计的历史信誉值

和各个节点的信誉值相加求出的总信誉值

并且通过各个节点的信誉值，求出当前基于信誉值的基尼系数Geni；获取到初始设置的基本信誉值加分c，先计算出节点在本轮完成解析请求的基本分α加分,再根据节点在本轮的出错率、历史累加信誉值占比、出错率占比、各个节点的基本分α均值和基尼系数计算出本轮周内平衡信誉值加分β，最后由此计算出每个解析节点在本次周期完成一次解析请求获得信誉值加分。

此步骤的算法描述如下所示(以节点i为例子)：

3)：进行标识解析请求解析

解析节点完成本地标识解析后，把解析结果以超级账本交易的形式发送给背书节点，背书节点进行验证通过后签名背书，然后把解析结果返回给请求方，并把本次交易在通道中广播，等待区块的产出，完成账本的记录。具体区块结构如图2，其中交易格式结构如表1所示：

表1区块字段表

Version Number	版本号
		Time Stamp	时间戳
Channel Id	通道 ID
		Transactions ID	交易 ID
……	……
		Analysis Requester	解析申请者
Analysis Responder	解析响应者
		Analysis Endorser	解析背书者
Analysis Type	解析类型

对于出现解析节点返回错误的解析结果的情况：如果发现有错误的解析结果，则对应的解析节点会被标识为恶意节点，当该解析节点错误率达到设定的阈值时，则剔除出对应的标识服务通道。

当前请求完成以后，若再次收到解析请求，则进入步骤1)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：构建基于区块链的去中心化物联网标识解析架构，利用Hyperledger Fabric超级账本多通道特性，传统单根节点解析转换为多根节点对等解析；

S2：引入基尼系数，构建异构标识解析节点信誉值的解析服务竞争模型，动态平衡各解析服务器负载，提高标识解析效率；

S3：设计适用于标识解析的区块结构，通过智能合约实现物联网异构标识对等解析服务。

2.根据权利要求1所述的一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：基于超级账本Hyperledger Fabric，创建物联网标识解析架构的系统通道(System Channel)的系统节点，把传统的物联网标识解析根节点解析模式转换为多根对等解析模式，其中，系统节点自有账本进行各子通道标识体系识别码和各标识体系映射信息记录，多根节点根据系统账本进行数据的更新与同步；

S12：利用超级账本Hyperledger Fabric的多通道特性，创建属于各个标识体系的子通道和其对应的标识解析节点；

S13：系统通道的系统节点负责管理和维护异构标识系统的加入和退出，并根据识别码识别标识解析请求，并把解析请求转发到对应的标识体系通道内广播。

3.根据权利要求2所述的一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，其特征在于：所述步骤S12具体包括：

S121:新标识体系节点向系统节点发出解析请求时，系统节点判断其请求标识是否是已存在的标识体系，根据对应通道内的投票意见，决定是否为申请节点进行新标识体系注册或拒绝；

S122:已有的标识体系申请退出，向系统节点发出申请，系统节点广播该退出请求给其他通道内节点，根据收到的回复意见，决定是否停止申请退出的标识体系的解析服务功能和账本记录功能，停止该标识体系的使用。

4.根据权利要求1所述的一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：采用基于信誉值的模型，引入基尼系数构建解析节点的信誉值加分模型，以均衡其解析请求负载；

S22：基于解析节点信誉值构建解析服务竞争模型，解析节点根据信誉值来竞争解析权，进一步将解析服务划分为不同的时间周期，每个周期内依据解析正确率和信誉值乘积占比来随机选取出解析节点。

5.根据权利要求1所述的一种基于超级账本的去中心化物联网异构标识解析方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：根据标识解析特点，设计如图2所示的区块存储结构，区块结构包括解析申请者、解析响应者、解析背书者、解析类型等区块数据字段，以便智能合约使用；

S32：当解析节点收到解析请求时，通过调用智能合约查询是否已存在该解析记录，如存在，返回解析结果；如不存在，则通过步骤S22中的解析服务竞争模型选择解析节点响应本次标识解析请求服务；

S33：解析节点完成标识解析后，通过步骤S22中模型计算其信誉值，并通过智能合约发起背书流程；

S34：选取背书节点进行解析结果验证，验证结果正确，则背书节点签名，发起交易并把解析结果存入账本。

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