CN111432010B - 一种面向移动终端的区块链平台及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向移动终端的区块链平台及通信方法，应用于数据业务延伸与扩展的通信端，其特征在于，通信端包括，向通信端完成交互传输数据业务的自组网模块，与自组网络关联用于以卫星作为中继支持常见数据业务传输的卫通模块，用于接收处理数据业务传输能力的LTE通信模块，通过以DAPP分布式去中心化应用程序作为直面用户的接口，针对移动端资源受限的特点在P2P点对点网络通信模块、多链结构、安全存储区和智能合约系统方面做了流程、性能和业务优化，使得面向移动终端的区块链平台的通信能力强、资源利用率高、安全性可靠和健壮性更为完善。

Description

一种面向移动终端的区块链平台及通信方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，具体为一种面向移动终端的区块链平台及通信方法。
背景技术
区块链是一种分布式共享数据库，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块包含了一批次区块链网络共享的信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块；但是，目前随着区块链条的增加，其所需要设备的存储空间就增加，节点之间需要交换的数据量随之增加，并且区块链的节点私钥存储在本地磁盘或导出存放。
以上方案的缺点：
1.PC端或服务器端，这些设备大而笨重，缺乏机动、灵活、轻便的特性，在一些特殊的场景下，如应急救灾、反恐演习、野外探险等领域难以施展；
2.P2P网络一般采用公网传输，网络本身缺乏私密性和灵活性，数据容易受到篡改和攻击，并且通信能力有限，在特殊情况下如应急救灾、反恐演习、野外探险不适用；
3.随着区块链链条的增加，每个区块节点存储的数据产生爆炸式的增长，并且进行区块验证时节点之间交换数据量巨大，增加了区块验证时间，容易造成网络的拥塞；
4.区块链的密钥等私密信息存储的安全性过低，容易出现加密措施被攻破的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向移动终端的区块链平台及通信方法，具备建设轻量级区块链平台、数据通信能力强、区块链节点数据计算时间短、区块链信息安全性高的优点，解决了现有技术中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向移动终端的区块链平台，应用于数据业务延伸与扩展的通信端，所述通信端包括：
向所述通信端完成交互传输数据业务的自组网；
与所述自组网络关联用于以卫星作为中继支持常见数据业务传输的卫通网；
用于接收处理所述数据业务传输能力的LTE通信网。
作为对本发明中所述一种基于搜索引擎关键词数据的行业数据分析方法的改进，包括从所述通信端接收采集用户信息的移动端，所述移动端包括：
用于生成构建并运行在区块链环境上的DAPP；
用于建立优化所述DAPP中数据业务的移动端子区块链平台；
用于操作所述移动端子区块链平台的操作系统；
存储和导出所述数据业务的通信接口。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的改进，所述通信端与移动端均为轻量级区块链平台。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的改进，所述通信端将新的数据业务分为三种形式并列传输到移动端：
所述自组网内设有多个自组网模块，所述多个自组网模块组建无中心自组网络传输数据；
所述LTE通信网内设有多个LTE通信模块，所述多个LTE通信模块通过LTE基站完成通信传输；
所述卫通网内设有卫通模块，所述卫通模块以卫星为中继传输数据业务。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的改进，所述移动端子区块链平台包括：
用于接收存储所述区块链平台中区块链元数据的存储层；
用于计算处理所述存储层区块链元数据的数据层；
用于传输阻挡所述数据层网络数据攻击的网络层；
用于解决所述网络层分布式数据一致性的共识层；
用于生成触发执行所述分布式数据的合约层；
通过JSONAPI交互处理所述存储层区块链元数据的应用层。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的改进，所述存储层包括：
用于存储所述区块链元数据的挂载文件系统和与挂载文件系统双连接的用于集成处理所述区块链元数据的levelDB；
用于接收存储所述挂载文件系统的安全存储区。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的改进，所述数据层包括：
用于存储处理所述存储层区块链元数据的存储链；
识别接收所述存储链区块链元数据身份信息的授权链；
用于生成验证所述授权链区块链元数据身份信息的认证链。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的改进，所述数据层采用多链结构，所述存储链、授权链和认证链均包括：
用于向用户公开区块链元数据的公链模块；
用于限制传输所述存储层区块链元数据的私链模块；
用于控制所述公链模块中关联的至少一个区块链元数据和所述私链模块中关联的至少一个区块链元数据的读写权限的共同体链模块；
用于交互计算所述区块链元数据的若干子链模块。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的通信方法的改进，包括
用户建立初始任务单元，进行任务单元的数据设定；
确定任务单元的时间范围、任务标识、任务详情；
将任务单元中数据以网络形式传输至数据层；
分析任务单元中数据设定，将数据划分为不同的区块链元数据；
将已完成划分的区块链元数据导出移动端，任务结束，清空初始任务单元。
作为对本发明中所述一种面向移动终端的区块链平台的通信方法的改进，所述任务单元中的数据通过SD卡加密算法以网络形式进行传输，然后存储于数据层。
作为对一种面向移动终端的区块链平台的通信方法的改进，所述存储层将区块链平台中新的区块链元数据传输到数据层，通过所述存储层中的安全存储区对区块链元数据实时访问，提取数据区块链元数据的密钥，然后根据所述SD卡加密算法选择对应的加解密流程：
所述安全存储区中SD卡加密算法运行时，SD卡初始化，然后提取挂载文件系统读取卡信息，再根据所述读取卡信息作为区块链元数据的密钥并判断当前区块链元数据是否需要加密，如果需要加密，则SD卡加密算法执行加密流程，反之，等待用户输入密码进行密钥匹配，匹配成功，则正常访问区块链元数据，否则禁止访问区块链元数据；
所述安全存储区SD卡加密采用外置硬件SD卡加密。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过以DAPP分布式去中心化应用程序作为直面用户的接口，针对移动端资源受限的特点在P2P点对点网络通信模块、多链结构、安全存储区和智能合约系统方面做了流程、性能和业务优化，使得面向移动终端的区块链平台的通信能力强、资源利用率高、安全性可靠和健壮性更为完善，此外，通信端与移动端均为轻量级区块链平台，解决了现有技术中设备难以移动的问题；
2、通过若干个自组网模块组成无中心自组网络、无中心自组网络内地位平等节点以及以卫星作为中继通信的卫通模块和通过LTE基站通信的多个LTE通信模块，使得在无中心网络运行中少数节点故障不影响整个无中心自组网络的运行且使得无中心自组网络具有很强的抗毁性，同时也具有很强的数据传输能力；
3、通过存储层增加安全存储区，采用外设硬件硬件SD安全数码卡加密方案以及在SD安全数码卡硬件上内嵌加密算法，使得当SD安全数码卡上电时，若包含密码，则自动进入锁定，在这种情况下对SD安全数码卡读写都无法成功，从而保障了内部数据的安全，同时也使得SD安全数码卡具备只有在密钥匹配成功的唯一条件下，才能对内部数据进行读取的，经一步保护内部数据的安全；
4、通过数据层采用多链结构且由公链、共同体链、私链和若干子链组成的存储链、授权链和认证链，使得数据层更好的满足复杂的业务需求，其中公链是向所有用户开放，每个用户都可读取、发送相关业务数据，并且能够单独确定数据有效性；共同体链预先选取节点，由固定节点控制读写权限、共识；私有链是不对外开放，读写权限独立控制，解决了现有技术当中区块链网络拥塞问题，此外数据层多链结构采用二分查找算法，若干子链使用前缀编码大大减少了移动终端的区块链平台中区块验证查找时间；
5、通过智能合约系统采用非工作量证明算法，解决了现有技术中移动端计算资源、存储资源受限的问题，提高计算量、存储资源利用率；
6、通过数据层中每个区块采用Merkle Tree存储数据并计算Merkle Tree根节点的hash值以及共识层采用PoS、DPoS、Raft共识算法，解决了现有技术中分布式数据一致性的问题以及各类数据处理问题，进一步提高计算量、存储资源利用率。
附图说明
图1为本发明一种面向移动终端的区块链平台的区块链p2p网络通信整体架构示意图；
图2为本发明一种面向移动终端的区块链平台中移动端子区块链平台整体结构示意图；
图3为本发明一种面向移动终端的区块链平台的通信方法的SD(Secure DigitalMemory Card)安全数码卡加密解密流程示意图；
图4是本发明一种面向移动终端的区块链平台中移动端子区块链平台的数据层多链结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图对本发明作近一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种面向移动终端的区块链平台，应用于数据业务延伸与扩展的通信端包括:向通信端完成交互传输数据业务的自组网；与自组网络关联用于以卫星作为中继支持常见数据业务传输的卫通网；用于接收处理数据业务传输能力的LTE(Long TermEvolution，高速无线通讯标准)通信网。
在通信端进行网络传输时，通信端将新的数据业务分为三种形式并列传输：自组网内设有多个自组网模块，多个自组网模块组建无中心自组网络传输数据；LTE(Long TermEvolution，高速无线通讯标准)通信网内设有多个LTE通信模块，多个LTE(通信模块通过LTE基站完成通信传输；卫通网内设有卫通模块，卫通模块以卫星为中继传输数据业务；
其中自组网模块兼具路由器和主机通信，多个自组网模块组成无中心自组网络内的所有节点地位平等，节点能够随时加入或离开无中心自组网络，少数节点故障不会影响整个网络的运行，从而使得整个网络具有很强的抗毁性，多个LTE(Long Term Evolution，高速无线通讯标准)通信模块通过LTE基站完成通信传输，具有很强的数据传输能力。
从通信端接收采集用户信息的移动端，移动端包括：用于生成构建并运行在区块链环境上的DAPP(Decentralized Application，分布式去中心化应用程序)；用于建立优化DAPP(Decentralized Application，分布式去中心化应用程序)中数据业务的移动端子区块链平台；用于操作移动端子区块链平台的操作系统；存储和导出数据业务的通信接口。
移动端接收来自通信端的用户信息，首先DAPP(Decentralized Application，分布式去中心化应用程序)接收用户指令，作为整体业务的主起发点，建立运行的区块链环境，然后将信号传输至移动端子区块链平台，通过操作系统在通信接口处存储或导出数据业务；
其中，如图2所示，移动端子区块链平台包括：用于接收存储区块链平台中区块链元数据的存储层；用于计算处理存储层区块链元数据的数据层；用于传输阻挡数据层网络数据攻击的网络层；用于解决网络层分布式数据一致性的共识层；用于生成触发执行分布式数据的合约层；通过JSONAPI交互处理存储层区块链元数据的应用层；
来自通信端的用户信息信号传输至存储层，存储层识别本发明区块链系统运行中的日志数据以及区块链元数据，使用挂载文件系统和levelDB(数据库)将区块链节点中区块链元数据存储至安全存储区，存储层中的安全存储区对区块链元数据实时访问，通过安全存储区中设置的SD(Secure Digital Memory Card)安全数码卡加密算法对区块链元数据进行加解密流程，提取数据区块链元数据的密钥：
如图3所示，安全存储区中SD(Secure Digital Memory Card)安全数码卡加密算法运行时，SD(Secure Digital Memory Card)安全数码卡初始化，然后提取挂载文件系统读取卡信息，再根据读取卡信息作为区块链元数据的密钥并判断当前区块链元数据是否需要加密，如果需要加密，则SD(Secure Digital Memory Card)安全数码卡加密算法执行加密流程，反之，等待用户输入密码进行密钥匹配，匹配成功，则正常访问区块链元数据，否则禁止访问区块链元数据；
接着通过安全存储区加解密流程的区块链元数据传输至数据层，数据层将区块链元数据打包成分区块，近一步形成存储链、授权链和认证链多链结构，如图4所示，此时存储链存储处理来自存储层的区块链元数据，授权链进行识别来自存储链中的区块链元数据，认证链生成验证授权链区块链元数据身份信息，然后将完成验证的区块链元数据中内容进行哈希计算，建立Merkle Tree(区块链树状数据结构)存储数据并计算Merkle Tree(区块链树状数据结构)树根节点的hash(哈希)值，将得出的hash(哈希)值数据划分为公链模块、私链模块、共同体模块和子链模块，得出的hash(哈希)值数据传输至公链模块时，公链模块向用户公开hash(哈希)值数据中的区块链元数据，使得每个用户都可读取、发送相关业务数据并且能够单独确定数据的有效性；传输至私链模块时，私链模块限制hash(哈希)值数据中传输的区块链元数据，使得存储在私链模块的区块链元数据不对外开放，且单独控制读写权限；传输至共同体链模块时，共同体链模块预先选取节点并由固定节点控制读写权限，达到用户共识区块链元数据的目的，若干个子链产生交互关系，使得公链、私链和共同体链每个多链结构中存在交互传输，子链继承上一级子链的所有属性和业务数据的规则，与此同时，上一级子链仅仅保存已有的数据，不再产生新的区块链元数据，而此时的子链主要应用在新数据和业务数据变化上，例如:字段名称、存储方式，采用二分法查找算法对新的区块链元数据进行前缀编码，减少查找区块链元数据的时间；
网络层基于P2P(Point to Point)传输协议交互连接自组网络模块、LTE(LongTerm Evolution，高速无线通讯标准)通信模块和卫通模块接收来自数据层的区块链元数据，在扩展网络的基础上进行广播交易、数据获取、业务数据查询操作，满足，例如：应积救灾、反恐演习、野外探险特殊领域下的数据安全传输和通信的需求。
在对网络层需要传输出的区块链元数据处理的共识层，采用PoS(Proof ofStake，权益证明)、DPoS(Delegated proof of Stake，股份授权证明机制)、Raft(一种在计算机系统集群中分布状态机的通用方法)共识算法解决本次传输中分布式数据一致性的问题。
同时，由智能合约系统与代码模块组成的合约层，接收具有分布式数据一致性的区块链元数据，采用非工作量证明算法，解决了在上述特殊领域中现有技术移动端计算资源、提高计算量、存储资源利用率低下的问题。
一种面向移动终端的区块链平台的通信方法，具体操作如下：
以特殊领域野外探险为例，在特殊领域野外探险中，首先设定建立一个初始单元，即设定一个任务，其中包括任务标识、任务详情、任务时间范围，接着基于通信端中自组网、LTE通信网和卫通网将所建立的任务单元数据传输至移动端，移动端基于DAPP(Decentralized Application，分布式去中心化应用程序)将初始任务单元中数据进行存储计算，接着已处理的数据通过加解密流程进入数据层，数据层将该数据划分为不同的区块链元数据，接着在任务设定时间范围之内，随着业务数据的进行，区块链元数据不断产生，区块链也不断增加，当任务时间截至，停止增加区块链元数据，冻结区块链条，如果有必要延长任务时间，则需要把修改后的任务写入区块子链，通过共同体链由每个成员达成修改共识；当任务结束时，数据传输至由RPC(Remote Procedure Call Protocol)远程过程调用协议客户端组成的应用层，通过JSONAPI(一种用于客户端与服务器之间的通信方式)与存储层交互连接，完成数据承载，最后可以通过数据线等方式，把区块链元数据导出到其他存储设备如PC端、移动硬盘，导出完成后，移动端的数据就可以清空，解决了在上述特殊领域中现有技术移动端计算资源、提高计算量、存储资源利用率低下的问题。
作为本发明一种面向移动终端的区块链平台的通信方法的另一种实施例：在通信传输时，建立的任务单元存在其他传输方式：
通信端与通信端之间的传输；
移动端与通信端之间的传输。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种面向移动终端的区块链平台，应用于数据业务延伸与扩展的通信端，其特征在于，所述通信端包括：
向所述通信端完成交互传输数据业务的自组网；
与所述自组网络关联用于以卫星作为中继支持常见数据业务传输的卫通网；
用于接收处理所述数据业务传输能力的LTE通信网；
从所述通信端接收采集用户信息的移动端，其中，
所述移动端包括：用于生成构建并运行在区块链环境上的DAPP；用于建立优化所述DAPP中数据业务的移动端子区块链平台，
所述移动端子区块链平台包括：用于接收存储所述区块链平台中区块链元数据的存储层；用于计算处理所述存储层区块链元数据的数据层；用于传输阻挡所述数据层网络数据攻击的网络层；用于解决所述网络层分布式数据一致性的共识层；用于生成触发执行所述分布式数据的合约层；通过JSONAPI交互处理所述存储层区块链元数据的应用层，其中，
数据层采用多链结构，所述数据层包括：用于存储处理所述存储层区块链元数据的存储链；识别接收所述存储链区块链元数据身份信息的授权链；用于生成验证所述授权链区块链元数据身份信息的认证链；
所述存储链、授权链和认证链均包括用于向用户公开区块链元数据的公链模块；用于限制传输所述存储层区块链元数据的私链模块；用于控制所述公链模块中关联的至少一个区块链元数据和所述私链模块中关联的至少一个区块链元数据的读写权限的共同体链模块；用于交互计算所述区块链元数据的若干子链模块。
2.根据权利要求1所述的一种面向移动终端的区块链平台，其特征在于，所述通信端将新的数据业务分为三种形式并列传输到移动端：
所述自组网内设有多个自组网模块，所述多个自组网模块组建无中心自组网络传输数据；
所述LTE通信网内设有多个LTE通信模块，所述多个LTE通信模块通过LTE基站完成通信传输；
所述卫通网内设有卫通模块，所述卫通模块以卫星为中继传输数据业务。
3.根据权利要求1所述的一种面向移动终端的区块链平台，其特征在于，所述存储层包括：
用于存储所述区块链元数据的挂载文件系统和与挂载文件系统双连接的用于集成处理所述区块链元数据的levelDB；
用于接收存储所述挂载文件系统的安全存储区。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的面向移动终端的区块链平台的通信方法，其特征在于，包括
用户建立初始任务单元，进行任务单元的数据设定；
确定任务单元的时间范围、任务标识、任务详情；
将任务单元中数据以网络形式传输至数据层；
分析任务单元中数据设定，将数据划分为不同的区块链元数据；
将已完成划分的区块链元数据导出移动端，任务结束，清空初始任务单元。
5.根据权利要求4所述的一种面向移动终端的区块链平台的通信方法，其特征在于，所述任务单元中的数据通过SD卡加密算法以网络形式进行传输，然后存储于数据层。
6.根据权利要求5所述的一种面向移动终端的区块链平台的通信方法，其特征在于，所述SD卡加密算法运行时，SD卡初始化，然后提取读取卡信息，再根据所述读取卡信息作为任务单元中的数据的密钥并判断当前数据是否需要加密，如果需要加密，则SD卡加密算法执行加密流程，反之，等待用户输入密码进行密钥匹配，匹配成功，则正常访问数据层中区块链元数据，否则禁止访问区块链元数据。
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