CN111475567B - 一种物联网数据顺序记录方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物联网数据顺序记录方法，方法主要包括服务器将数据通过物联网记录到区块节点中，数据读取单元通过区块链加密协议获取数据。本发明提供了一种物联网数据顺序记录方法，以区块链技术和网络通信为支撑，综合物联网系统，开发出一种全新的具有物联网数据记录系统。将数据记录到区块节点，实现数据的分布式记录，大大减少服务器存储数据的网络堵塞，通过区块链的加密协议实现数据读取。

Description

一种物联网数据顺序记录方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，提供一种物联网数据顺序记录方法。

背景技术

随着物联网技术的不断发展，使得场景的不断扩大，传统的物联网数据记录系统主要存储在服务器，服务器负担很重。不仅如此，传统的物联网服务器一旦出现故障，则整个网络均会停止工作。因此有必要研究一种新的物联网数据记录系统,使其大大减少服务器存储数据的网络堵塞，提高数据读取效率。

发明内容

有鉴于此，为了达到上述方案的效果，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种物联网数据顺序记录方法。

为达到上述效果，本发明的的技术方案为：一种物联网数据顺序记录方法，包含以下内容：

基于一种物联网数据顺序记录方法的物联网数据记录系统，包括服务器、区块节点、数据读取单元；

服务器是物联网的服务器；区块节点是记录数据的单元，包括第1区块节点、第2区块节点，.....，第n区块节点，所述n由区块节点数目确定，n为自然数；数据读取单元为读取数据的单元；服务器将数据通过物联网发送到各区块节点，并记录在区块节点中；数据读取单元间通过与服务器、区块节点间的区块链加密协议获取数据；

区块链加密协议包括：首先，服务器随机选择核心多项式、辅助多项式，并计算核心分片、辅助分片和验证分片，之后，其公开验证密钥，并秘密地将核心分片和辅助分片分发给相应的区块节点，区块节点和数据读取单元判断密钥的有效性，之后，区块节点利用验证分片验证密钥,判断核心分片和辅助分片的有效性，当数据读取单元有数据读取需求时，数据读取单元向区块节点发送计算请求，之后区块节点根据请求利用核心分片和辅助分片计算反馈值，并将反馈值秘密地发送给数据读取单元，最后，数据读取单元利用验证密钥判断反馈值的有效性，当收集到t个有效的反馈值时，可以得到正确的计算结果，操作步骤如下：

步骤一：服务器从所述物联网系统中挑选出n个区块节点；

步骤二：服务器将数据通过物联网分别发送到区块节点，并记录在区块节点中；

步骤三：当需要读取数据时，数据读取单元间通过与服务器、区块节点间的区块链加密协议获取数据；需要读取的数据记为秘密值s_core，其中s_core为任意的需要记录的数据；服务器建立关于x的核心多项式函数F[x]，F[x]计算公式如下：

F[x]＝a_t-1x^t-1+a_t-2x^t-2+...+a₁x+s_core，

其中，a_t-1≠0，a_t-1，a_t-2,...,a₁为任意选取的互不相同的整数，x为核心多项式函数的计算变量；F[x]是一个关于所述x的t-1次多项式,其中t为自然数，由区块节点数目n决定，将n除以2之后取整的自然数就是t；核心多项式函数F[x]是关于记录数据的多项式函数；

定义f(x)为辅助多项式一，f(x)是表示关于x的t-1次多项式函数，f(x)计算公式如下：

f(x)＝a_t-1x^t-1+a_t-2x^t-2+...+a₁x，

其中，t为核心多项式的次数，因此有F[x]＝f(x)+s_core，

定义l(x)为辅助多项式二，l(x)是服务器随机选取的t-1次多项式，l(x)计算公式如下：

l(x)＝c_t-1x^t-1+c_t-2x^t-2+...+c₁x，

其中c_t-1,c_t-2,...,c₁为核心多项式二中关于x的系数，c_t-1,c_t-2,...,c₁为任意选取的的不为0整数，注意c_t-1,c_t-2,...,c₁、a_t-1，a_t-2,...,a₁应当互不相同，t为核心多项式的次数；

之后，服务器计算得到辅助多项式三，辅助多项式三记为h(x)，计算公式如下：

h(x)＝f(x)²-l(x)＝b_2t-2x^t-2+b_2t-3x^2t-3+...+b₁x，

其中，b_2t-2,b_2t-3,...,b₁为辅助多项式三中关于x的系数；

最后，服务器计算如下形式的验证密钥VX：

其中，g为任意选取的某个大于1的自然数,VK为验证密钥，用于验证秘密值的正确，VK是一个关于g的数组；

步骤四：验证密钥的有效性，定义约束函数为f(x)²-l(x)，约束函数用于查看验证密钥的有效性，若约定函数等于h(x)，则验证密钥是有效的，否则拒绝这个验证密钥并返回至步骤一；

步骤五：分发核心分片、辅助分片，服务器计算核心分片、辅助分片的公式如下：

CF_i＝F(ID_i),Ch_i＝h(ID_i)，

其中i为从1到n的自然数,ID_i指的是第i个区块节点Sr_i的ID，CF_i是核心分片，Ch_i是辅助分片，所述核心分片、所述辅助分片是用于恢复出秘密值；之后，服务器使用pk_i对{CF_i,Ch_i}进行加密，pk_i为服务器的公钥，得到

其中Enc为加密函数；

服务器将

发送给区块节点，当区块节点收到

时，可以利用自己sk_i解密

得到{CF_i,Ch_i}；所述sk_i为服务器的私钥，之后，区块节点可以利用验证密钥来验证{CF_i,Ch_i}的有效性，首先计算核心分片校对值，计算公式如下:

其中CF_i ^*为核心分片校对值，核心分片校对值用于校对核心分片值的准确性；

再计算辅助分片校对值，计算公式如下：

其中

为辅助分片校对值，辅助分片校对值用于校对辅助分片值的准确性；

如果

且

则P_i接受{CF_i,Ch_i}是有效的，否则拒绝；

步骤六：分发加密的秘密值，服务器设秘密值为d₁,d₂,...,d_m，d₁,d₂,...,d_m为任意选取的的m个随机数；加密的秘密值计算公式如下：

s_i＝d_i-s_core，

其中i为从1到m的自然数，S_i为加密的秘密值；

之后，服务器向每个区块节点发送s₁,s₂,...,s_m，s₁,s₂,...,s_m为加密后的秘密值数值；

步骤七：发送请求，如果数据读取单元想要获得某个结果，那么数据读取单元可以向区块节点们发送请求，这个请求将把服务器利用秘密值计算得到的结果会告诉区块节点；秘密值数值的计算公式如下：

d₁d₂+d₂d₃+...+d_m-1d_m+d₁+d₂+...+d_m；

步骤八：发送反馈值，如果所述区块节点愿意回复所述数据读取单元的请求，那么区块节点将会反馈值Resp_i,Resp_i计算公式如下：

Resp_i用于区块节点响应数据读取单元的请求；之后，区块节点将Resp_i反馈给数据读取单元；

步骤九:恢复结果，如果数据读取单元能够收集到t个有效且不同的反馈值，那么其可以恢复出正确的数据，那么数据读取单元可以利用拉格朗日差值公式恢复出一个t-1次多项式，F(x)多项式的常数项即为正确的结果；拉格朗日差值公式的计算公式如下：

其中i为从1到t的自然数，П为连乘符号；最后，数据读取单元得到结果F(0)；所述F(0)就是数据读取单元需要读取的数据。

具体实施方法

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

实施例：本实施例具体说明了基于区块链的物联网数据记录系统的应用场景。

基于区块链的物联网数据记录系统，包括服务器、区块节点、数据读取单元；

服务器是物联网的服务器；区块节点是记录数据的单元，包括第1区块节点、第2区块节点，.....，第n区块节点，所述n由区块节点数目确定，n为自然数；数据读取单元为读取数据的单元；服务器将数据通过物联网发送到各区块节点，并记录在区块节点中；数据读取单元间通过与服务器、区块节点间的区块链加密协议获取数据；

区块链加密协议包括：首先，服务器随机选择核心多项式、辅助多项式，并计算核心分片、辅助分片和验证分片，之后，其公开验证密钥，并秘密地将核心分片和辅助分片分发给相应的区块节点，区块节点和数据读取单元判断密钥的有效性，之后，区块节点利用验证分片验证密钥,判断核心分片和辅助分片的有效性，当数据读取单元有数据读取需求时，数据读取单元向区块节点发送计算请求，之后区块节点根据请求利用核心分片和辅助分片计算反馈值，并将反馈值秘密地发送给数据读取单元，最后，数据读取单元利用验证密钥判断反馈值的有效性，当收集到t个有效的反馈值时，可以得到正确的计算结果，操作步骤如下：

步骤一：服务器从所述物联网系统中挑选出n个区块节点；

步骤二：服务器将数据通过物联网分别发送到区块节点，并记录在区块节点中；

步骤三：当需要读取数据时，数据读取单元间通过与服务器、区块节点间的区块链加密协议获取数据；需要读取的数据记为秘密值s_core，其中s_core为任意的需要记录的数据；服务器建立关于x的核心多项式函数F[x]，F[x]计算公式如下：

F[x]＝a_t-1x^t-1+a_t-2x^t-2+...+a₁x+s_core，

其中，a_t-1≠0，a_t-1，a_t-2,...,a₁为任意选取的互不相同的整数，x为核心多项式函数的计算变量；F[x]是一个关于所述x的t-1次多项式,其中t为自然数，由区块节点数目n决定，将n除以2之后取整的自然数就是t；核心多项式函数F[x]是关于记录数据的多项式函数；

定义f(x)为辅助多项式一，f(x)是表示关于x的t-1次多项式函数，f(x)计算公式如下：

f(x)＝a_t-1x^t-1+a_t-2x^t-2+...+a₁x，

其中，t为核心多项式的次数，因此有F[x]＝f(x)+s_core，

定义l(x)为辅助多项式二，l(x)是服务器随机选取的t-1次多项式，l(x)计算公式如下：

l(x)＝c_t-1x^t-1+c_t-2x^t-2+...+c₁x，

其中c_t-1,c_t-2,...,c₁为核心多项式二中关于x的系数，c_t-1,c_t-2,...,c₁为任意选取的的不为0整数，注意c_t-1,c_t-2,...,c₁、a_t-1，a_t-2,...,a₁应当互不相同，t为核心多项式的次数；

之后，服务器计算得到辅助多项式三，辅助多项式三记为h(x)，计算公式如下：

h(x)＝f(x)²-l(x)＝b_2t-2x^t-2+b_2t-3x^2t-3+...+b₁x，

其中，b_2t-2,b_2t-3,...,b₁为辅助多项式三中关于x的系数；

最后，服务器计算如下形式的验证密钥VX：

其中，g为任意选取的某个大于1的自然数,VK为验证密钥，用于验证秘密值的正确，VK是一个关于g的数组；

步骤四：验证密钥的有效性，定义约束函数为f(x)²-l(x)，约束函数用于查看验证密钥的有效性，若约定函数等于h(x)，则验证密钥是有效的，否则拒绝这个验证密钥并返回至步骤一；

步骤五：分发核心分片、辅助分片，服务器计算核心分片、辅助分片的公式如下：

CF_i＝F(ID_i),Ch_i＝h(ID_i)，

其中i为从1到n的自然数,ID_i指的是第i个区块节点Sr_i的ID，CF_i是核心分片，Ch_i是辅助分片，所述核心分片、所述辅助分片是用于恢复出秘密值；之后，服务器使用pk_i对{CF_i,Ch_i}进行加密，pk_i为服务器的公钥，得到

其中Enc为加密函数；

服务器将

发送给区块节点，当区块节点收到

时，可以利用自己sk_i解密

得到{CF_i,Ch_i}；所述sk_i为服务器的私钥，之后，区块节点可以利用验证密钥来验证{CF_i,Ch_i}的有效性，首先计算核心分片校对值，计算公式如下:

其中CF_i ^*为核心分片校对值，核心分片校对值用于校对核心分片值的准确性；

再计算辅助分片校对值，计算公式如下：

其中

为辅助分片校对值，辅助分片校对值用于校对辅助分片值的准确性；

如果

且

则P_i接受{CF_i,Ch_i}是有效的，否则拒绝；

步骤六：分发加密的秘密值，服务器设秘密值为d₁,d₂,...,d_m，d₁,d₂,...,d_m为任意选取的的m个随机数；加密的秘密值计算公式如下：

s_i＝d_i-s_core，

其中i为从1到m的自然数，S_i为加密的秘密值；

之后，服务器向每个区块节点发送s₁,s₂,...,s_m，s₁,s₂,...,s_m为加密后的秘密值数值；

步骤七：发送请求，如果数据读取单元想要获得某个结果，那么数据读取单元可以向区块节点们发送请求，这个请求将把服务器利用秘密值计算得到的结果会告诉区块节点；秘密值数值的计算公式如下：

d₁d₂+d₂d₃+...+d_m-1d_m+d₁+d₂+...+d_m；

步骤八：发送反馈值，如果所述区块节点愿意回复所述数据读取单元的请求，那么区块节点将会反馈值Resp_i,Resp_i计算公式如下：

Resp_i用于区块节点响应数据读取单元的请求；之后，区块节点将Resp_i反馈给数据读取单元；

步骤九:恢复结果，如果数据读取单元能够收集到t个有效且不同的反馈值，那么其可以恢复出正确的数据，那么数据读取单元可以利用拉格朗日差值公式恢复出一个t-1次多项式，F(x)多项式的常数项即为正确的结果；拉格朗日差值公式的计算公式如下：

其中i为从1到t的自然数，П为连乘符号；最后，数据读取单元得到结果F(0)；所述F(0)就是数据读取单元需要读取的数据。

本发明的有益成果：本发明提供了一种物联网数据顺序记录方法，以区块链技术和网络通信为支撑，综合物联网系统，开发出一种全新的具有物联网数据记录系统。将数据记录到区块节点，实现数据的分布式记录，大大减少服务器存储数据的网络堵塞，通过区块链的加密协议实现数据读取。

Claims (1)

1.一种物联网数据顺序记录方法，其特征在于，包含有：

步骤一：应用所述物联网数据记录方法的系统，设计包括有服务器、区块节点、数据读取单元；所述服务器是物联网的服务器；所述区块节点是记录数据的单元，包括第1区块节点、第2区块节点，.....，第n区块节点，所述n由区块节点数目确定，n为自然数；所述数据读取单元为读取数据的单元；所述服务器将数据通过物联网发送到各所述区块节点，并记录在所述区块节点中；所述数据读取单元间通过与所述服务器、所述区块节点之间的区块链加密协议获取数据；

步骤二：所述区块链加密协议包括：首先，所述服务器随机选择核心多项式、辅助多项式，并计算核心分片、辅助分片和验证分片，之后，公开验证密钥，并秘密地将所述核心分片和所述辅助分片分发给相应的区块节点，所述区块节点和所述数据读取单元判断密钥的有效性，之后所述区块节点利用所述验证分片验证密钥,判断所述核心分片和所述辅助分片的有效性，当所述数据读取单元有数据读取需求时，所述数据读取单元向所述区块节点发送计算请求，之后所述区块节点根据请求利用所述核心分片和所述辅助分片计算反馈值，并将反馈值秘密地发送给所述数据读取单元，最后，所述数据读取单元利用验证密钥判断反馈值的有效性，当收集到t个有效的反馈值时，能够得到正确的计算结果，操作步骤如下：

分步骤一：所述服务器从所述物联网系统中挑选出n个区块节点；

分步骤二：所述服务器将数据通过物联网分别发送到所述区块节点，并记录在所述区块节点中；

分步骤三：当需要读取数据时，所述数据读取单元间通过与所述服务器、所述区块节点间的区块链加密协议获取数据；所述需要读取的数据记为秘密值S_core，其中S_core为任意的需要记录的数据；所述服务器建立关于x的核心多项式函数F[x]，F[x]计算公式如下：

F[x]＝a_t-1x^t-1+a_t-2x^t-2+...+a₁x+s_core

其中，a_t-1≠0，a_t-1，a_t-2,...,a₁为任意选取的互不相同的整数，x为核心多项式函数的计算变量；F[x]是一个关于所述x的t-1次多项式，其中t为自然数，由区块节点数目n决定，n为自然数，将n除以2之后取整的自然数就是t；核心多项式函数F[x]是关于记录数据的多项式函数；

定义f(x)为辅助多项式一，f(x)是表示关于x的t-1次多项式函数，所述f(x)计算公式如下：

f(x)＝a_t-1x^t-1+a_t-2x^t-2+...+a₁x，

其中，t为核心多项式的次数，因此有F[x]＝f(x)+S_core，

定义l(x)为辅助多项式二，所述l(x)是所述服务器随机选取的t-1次多项式，所述l(x)计算公式如下：

l(x)＝c_t-1x^t-1+c_t-2x^t-2+...+c₁x，

其中c_t-1,c_t-2,...,c₁为核心多项式二中关于x的系数，c_t-1,c_t-2,...,c₁为任意选取的不为0的整数，注意c_t-1,c_t-2,...,c₁、a_t-1，a_t-2,...,a₁任意选取时应当互不相同，t为所述核心多项式的次数；

之后，所述服务器计算得到辅助多项式三，所述辅助多项式三记为h(x)，h(x)计算公式如下：

h(x)＝f(x)²-l(x)＝b_2t-2x^t-2+b_2t-3x^2t-3+...+b₁x，

其中，b_2t-2,b_2t-3,...,b₁为辅助多项式三中关于x的系数；

最后，所述服务器计算如下形式的验证密钥VX：

其中，g为任意选取的某个大于1的自然数,VK为验证密钥，用于验证秘密值的正确，VK是一个关于g的数组；

分步骤四：验证密钥的有效性，定义约束函数为f(x)²-l(x)，所述约束函数用于查看验证密钥的有效性，若约定函数等于h(x)，则验证密钥是有效的，否则拒绝这个验证密钥并返回至步骤一；

分步骤五：分发核心分片、辅助分片，所述服务器计算所述核心分片、所述辅助分片的公式如下：

CF_i＝F(ID_i),Ch_i＝h(ID_i)，

其中i为从1到n的自然数,ID_i指的是第i个区块节点Sr_i的ID，CF_i是核心分片，Ch_i是辅助分片，所述核心分片、所述辅助分片是用于恢复出秘密值；之后，所述服务器使用pk_i对{CF_i,Ch_i}进行加密，pk_i为所述服务器的公钥，得到

其中Enc为加密函数；

所述服务器将

发送给所述区块节点，当所述区块节点收到

时，能够利用自己sk_i解密

得到{CF_i,Ch_i}；所述sk_i为服务器的私钥，之后，所述区块节点能够利用验证密钥来验证{CF_i,Ch_i}的有效性，首先计算所述核心分片校对值，计算公式如下:

其中CF_i ^*为核心分片校对值，所述核心分片校对值用于校对所述核心分片的准确性；

再计算所述辅助分片校对值，计算公式如下：

其中

为辅助分片校对值，所述辅助分片校对值

用于校对所述辅助分片的准确性；

如果

且

则P_i接受{CF_i,Ch_i}是有效的，否则拒绝；

分步骤六：分发加密的秘密值，所述服务器设秘密值为d₁,d₂,...,d_m，d₁,d₂,...,d_m为任意选取的的m个随机数；加密的秘密值计算公式如下：

s_i＝d_i-s_core，

其中i为从1到m的自然数，S_i为加密的秘密值；

之后，所述服务器向每个区块节点发送S₁,S₂,...,S_m，S₁,S₂,...,S_m为加密后的秘密值数值；

分步骤七：发送请求，如果所述数据读取单元想要获得某个结果，那么所述数据读取单元能够向所述区块节点们发送请求，这个请求将把所述服务器利用秘密值计算得到的结果发送给所述区块节点；秘密值数值的计算公式如下：

d₁d₂+d₂d₃+...+d_m-1d_m+d₁+d₂+...+d_m；

分步骤八：发送反馈值，如果所述区块节点愿意回复所述数据读取单元的请求，那么所述区块节点将会反馈值Resp_i,所述Resp_i计算公式如下：

Resp_i用于所述区块节点响应所述数据读取单元的请求；之后所述区块节点将Resp_i反馈给所述数据读取单元；

分步骤九：恢复结果，如果所述数据读取单元能够收集到t个有效且不同的反馈值，那么其能够恢复出正确的数据，那么所述数据读取单元能够利用拉格朗日差值公式恢复出一个t-1次多项式，F(x)的多项式常数项即为正确的结果；拉格朗日差值公式的计算公式如下：

其中i为从1到t的自然数，Π为连乘符号；最后，所述数据读取单元得到结果F(0)；所述F(0)就是所述数据读取单元需要读取的数据。