CN111475574A - 一种基于区块链的数据采集装置 - Google Patents

一种基于区块链的数据采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的数据采集装置，包括：数据采集系统、区块链数据存证系统和至少一个区块链网络；所述数据采集系统，用于采集原始数据，并记录采集事件的事实证明信息；所述区块链数据存证系统，用于从采集的原始数据抽取特征数据，将特征数据与事实证明信息组合生成合成数据结构，并对合成数据结构进行数字签名生成签名数据后，将合成数据结构和签名数据发送到区块链网络；所述区块链网络，用于通过区块链交易，对签名数据进行签名验证，在签名验证通过后将合成数据结构进行存储，完成上链存证。本发明对数据产生事件或者过程进行信息存证，使得各事实证明信息能够通过区块链的不可篡改、可溯源等特性进行证据即时留存和保护。

Description

一种基于区块链的数据采集装置
技术领域
本发明涉及区块链技术和数据采集技术，尤其是一种基于区块链的数据采集装置，以通过区块链结构对采集或生产过程进行事实信息存证。
背景技术
区块链是共识算法、分布式存储、点对点传输、加密算法等计算机技术构成的新型系统。被广泛应用于可信存证、证券交易、电子商务、智能合约、物联网、社交通讯以及文件存储等众多领域。当前的区块链技术是由一串使用密码学方法产生的数据块组成的，每一个区块都包含了上一个区块的哈希值(hash)，并且确保按照时间顺序在上一个区块之后产生，从创世区块(genesis block)开始连接到当前区块，形成有序链式数据结构。
现实生产生活中对数据的相关事实证明是通过提供票据、通信记录、操作日志之类的证据就可以办到，但这些并不严格，因为这些证据都是非常容易被伪造和销毁的。要完成证明，必须依赖强有力的证据链，这个必须是任何人都无法伪造和销毁的，或者说伪造成本是极其高昂近乎不可能，上述区块链技术在保全证据公证领域具有天然优势。使用区块链进行存证的本质在于区块链特殊的存储方式，在区块存储中使用了默克尔树的方式对交易的验证进行简化，基本原理是将单条交易Hash，再将两条交易的Hash组合后再进行Hash，经过几次同样的过程后形成一个根Hash，存于区块头中。这样，树上任何一笔交易被更改，都会造成根Hash的不同。做数据的可信存证时，采用将数据信息本身或者相关联信息以特定形式组织，最后通过区块链交易(transaction)将数据存储在区块链中。这相当于将数据存证于一笔不可篡改的交易中，从而完成了存证的过程，本质上是将信息的事实数据链条锚定到了区块链上。
目前的区块链技术领域，虽然可以将信息数据进行上链存证，但仍然普遍存在数据存证事件严重滞后于数据产生(采集)事件的情况。在数据产生到存证上链的这段时间内，数据及其相关事实信息仍然存在被伪造篡改甚至丢失的情况，这就使得数据的区块链存证失去价值。更进一步，由于上链操作仍然由人在执行，则存在着大量人为丢失数据上链时机，甚至上链时操作者同时对数据进行伪造的情况。
另一方面，数据采集设备目前的可信度和可靠性均依赖于设备本身的稳定性和操作者可信度。在可信数据采集和事实存证场景下，需要采集设备具备高安全性和高稳定性，然而目前采集系统对信息数据采用的中心化存储和处理方式导致了过高的设备成本和设备操作的实际执行困境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于区块链的数据采集装置。
本发明采用的技术方案为：一种基于区块链的数据采集装置，包括：数据采集系统、区块链数据存证系统和至少一个区块链网络；
所述数据采集系统，用于采集原始数据，并记录采集事件的事实证明信息；
所述区块链数据存证系统，用于从采集的原始数据抽取特征数据，将特征数据与事实证明信息组合生成合成数据结构，并对合成数据结构进行数字签名生成签名数据后，将合成数据结构和签名数据发送到区块链网络；
所述区块链网络，用于通过区块链交易，对签名数据进行签名验证，在签名验证通过后将合成数据结构进行存储，完成上链存证。
进一步，所述数据采集系统包括：数据生成软件系统或数据采集硬件系统；
所述数据生产软件系统为各种能产生数字内容数据的软件系统；
所述数据采集硬件系统为能够采集图像、声音、和/或位置、压力、温度的生成设备或传感器件。
进一步，所述区块链数据存证系统由内置在数据采集系统中的软件或硬件模块实现。
进一步，所述区块链数据存证系统由独立的软件或硬件模块实现，其输入端与数据采集系统连接，输出端与区块链网络连接。
进一步，所述区块链数据存证系统通过利用预先设置的操作员密码学标识对合成数据结构进行数字签名，生成签名数据。
进一步，所述签名数据为加密哈希摘要。
进一步，所述区块链网络为由多个去中心化网络节点构建的一个点对点分布式区块链网络，以实现对合成数据结构进行分布式可信存储。
进一步，所述区块链网络采用共识机制和同步记账保障安全性和高效性。
进一步，所述区块链网络在上链存证成功后会发回交易收据；所述交易收据作为上链存证的凭证可以被操作员保留或分发出去；同时，利用该凭证可以在区块链网络中查询相应的上链存证数据。
进一步，所述凭证可以通过嵌入到数据采集装置输出的数据或编码文件格式中，随输出的数据或编码文件格式一起保存和分发。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明对数据产生事件或者过程进行信息存证，使得各事实证明信息能够通过区块链的不可篡改、可溯源等特性进行证据即时留存和保护。这样将信息的产生过程和信息事实的保护机制结合起来，不仅完成了信息的数据生产，还保证了有价值信息相关事实证据的留存和篡改无效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的基于区块链的数据采集装置的结构关系示意图。
图2为本发明实施例的基于区块链的数据采集装置工作阶段示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
如图1所示，本发明的一种基于区块链的数据采集装置，包括：数据采集系统、区块链数据存证系统和至少一个区块链网络；
所述数据采集系统，用于采集原始数据，并记录采集事件的事实证明信息；
所述区块链数据存证系统，用于从采集的原始数据抽取特征数据，将特征数据与事实证明信息组合生成合成数据结构，并对合成数据结构进行数字签名生成签名数据后，将合成数据结构和签名数据发送到区块链网络；
所述区块链网络，用于通过区块链交易(即区块链网络上传的一次写入请求)，对签名数据进行签名验证，在签名验证通过后将合成数据结构进行存储，完成上链存证。
通过上述可知，本发明在采集(产生)数据时通过数字签名并传输至区块链网络进行即时存证，解决了在采集(产生)数据时对数据内容和采集事实较难进行可信存证的问题。
进一步，所述数据采集系统包括：数据生成软件系统或数据采集硬件系统；
所述数据生产软件系统为各种能产生数字内容数据的软件系统，例如包括图形生成软件、音频合成软件、图像渲染软件和文本生产软件等；
所述数据采集硬件系统为能够采集图像、声音、和/或位置、压力、温度等物理数据的生成设备或传感器件，例如智能手机、数码相机、扫描仪、录音机、录音笔、录像机、GPS定位设备、温度计、压力计以及各种数据采样的传感器件。
其中，所述采集事件的事实证明信息是指采集事件的时间、地理位置、操作员信息和硬件参数等相关数据。
进一步，所述区块链数据存证系统可以由内置在数据采集系统中的软件或硬件模块实现，通过数据采集系统的调用来完成特征抽取、数据组合、数字签名等信息处理操作。或者，
所述区块链数据存证系统也可以由独立的软件或硬件模块实现，其输入端与数据采集系统连接，输出端与区块链网络连接，通过接收数据采集系统输出的数据来完成对数据的特征抽取、数据组合、数字签名等信息处理操作。
对于特征抽取，所述区块链数据存证系统可以采用离散哈希算法从采集的原始数据抽取特征数据。
对于数据组合，所述区块链数据存证系统将抽取的特征数据与采集事件的时间、地理位置、操作员信息和硬件参数等相关数据进行组合，生成的合成数据结构是一种适合区块链网络存储的存证数据结构。
对于数字签名，所述区块链数据存证系统通过利用预先设置的操作员密码学标识对合成数据结构进行数字签名，生成签名数据。一般来说，所述签名数据为加密哈希摘要，也就是说，在将合成数据结构和加密哈希摘要发送给区块链网络后，由区块链网络对该加密哈希摘要进行签名验证，以避免在数据及事实证明信息在从产生到存证的这段时间内被伪造篡改甚至丢失的情况。
进一步，所述区块链网络为由多个去中心化网络节点构建的一个点对点分布式区块链网络，以实现对合成数据结构进行分布式可信存储。通过去中心化的分布式存储，从而避免中心化存储和处理方式导致过高的设备成本和设备操作的实际执行困境。
其中，所述区块链网络采用共识机制和同步记账保障安全性和高效性，所述共识机制包括但不限于POW、POS、DPOS等，共识机制为现有技术，在此不再赘述。
进一步，所述区块链网络在上链存证成功后会发回交易收据；所述交易收据作为上链存证的凭证可以被操作员保留或分发出去；同时，利用该凭证可以在区块链网络中查询相应的上链存证数据。
其中，所述凭证可以通过嵌入到数据采集装置输出的数据或编码文件格式中，随输出的数据或编码文件格式一起保存和分发，这些编码文件格式包括但不限于JPEG、PNG、TIFF、MP3、MP4等。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。在本申请实施例中，以视觉信息数据的采集和存证来作为示例描述。需要说明的是，视觉信息采集技术以及软硬件系统是目前数据采集领域中所熟知的技术，具体的采集过程、传感设备这里不做过多的赘述。区块链网络本身的网络设计、共识机制在区块链技术领域也具有专门的设计，这里也不做细节描述。
图2示本实施例一示例性实施方案，例示出在摄影场景下，通过在相机传感器或者照相设备软件采集到图片数据，构建出图片数据特征数据和采集事件的事实证明信息，并进行数据组合和数据签名，再由区块链网络完成对该数据的上链存证。输出数据对存证凭证进行关联和存证查询。结合附图详述如下：
以基于区块链的摄像头(如数码相机、智能手机或相关的光学传感器)为例(本实施案例同样适用于基于区块链的扫描仪、基于区块链的录音笔等音频装置、基于区块链的数字图像生成软件)，通过基于区块链的数据采集装置对数据的处理阶段T1-T5来描述具体的数据采集生成过程，如图2所示。
T1：
数据采集系统采集原始数据：通过传感器硬件接口以及相关软件接口获取相关数据信息。摄像头采集到的图像数据通常以图片文件格式(JPEG、PNG等)形式给出，记为图1中的原始数据d。
记录采集事件的事实证明信息：在拍摄事件发生的同时，摄像头也生成了相关的多种事实证明信息，比如事件时间戳(时间)、生产人/关联人信息(操作员信息)和生产设备信息(硬件参数)等数据，记为图2中的i1～in。
之后，原始数据以及事实证明信息立即送入区块链数据存证系统进行存证信息处理阶段T2。
T2：
特征抽取：将T1阶段获得的原始数据进行特征抽取，例如采用离散哈希算法直接计算获得原始数据对应的二进制哈希值i4。
数据组合：将i1～in进行组合，生成二进制的合成数据结构I。
T3：
数据签名：区块链数据存证系统首先读取预先设置的操作员密码学标识，例如非对称加密算法要求的私钥s。将T2产生的二进制的合成数据结构由私钥s进行数字签名，生成签名数据S。之后合成数据结构I和签名数据S将作为数据字段，通过区块链交易的形式由设备的区块链接口发送到区块链网络。设备对区块链网络的访问可以通过网络或其他通信手段进行，区块链网络也可以在本数据采集装置本身的硬件设备上工作。
T4、T5：
区块链网络上链存证：区块链网络为由多个去中心化网络节点构建的一个点对点分布式区块链网络，该区块链网络维持一个区块链数据结构。区块链网络中的网络节点在接收到T3阶段通过区块链交易发送来的交易数据(合成数据结构I和签名数据S)后，对该笔交易进行签名验证(通常以签名人公钥进行校验，具体算法不再赘述)，验证通过后由本网络节点或者区块链网络中的其他网络节点打包到新区块中完成上链存证。
其中，新区块按照区块链共识机制的要求被加入到区块链数据结构中，同时该区块被广播到网络中完成所有网络节点的同步记账，这将确保数据的不可篡改性(具体区块链算法和理论这里不再赘述)。
查询：所述区块链网络在上链存证成功后会发回交易收据；所述交易收据作为上链存证的凭证可以被操作员保留或分发出去；同时，利用该凭证可以在区块链网络中查询相应的上链存证数据。这些上链存证数据可作为本装置产生图片的事实证明信息进行溯源或者创作版权证明。
输出：区块链网络返回的凭证也可以嵌入到数据采集装置输出的图片文件中，例如图片文件的EXIF信息字段或其他元数据格式中，随图片文件保存和分发。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，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数据采集装置，其特征在于，包括：数据采集系统、区块链数据存证系统和至少一个区块链网络；
所述数据采集系统，用于采集原始数据，并记录采集事件的事实证明信息；
所述区块链数据存证系统，用于从采集的原始数据抽取特征数据，将特征数据与事实证明信息组合生成合成数据结构，并对合成数据结构进行数字签名生成签名数据后，将合成数据结构和签名数据发送到区块链网络；
所述区块链网络，用于通过区块链交易，对签名数据进行签名验证，在签名验证通过后将合成数据结构进行存储，完成上链存证。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集系统包括：数据生成软件系统或数据采集硬件系统；
所述数据生产软件系统为各种能产生数字内容数据的软件系统；
所述数据采集硬件系统为能够采集图像、声音、和/或位置、压力、温度的生成设备或传感器件。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述区块链数据存证系统由内置在数据采集系统中的软件或硬件模块实现。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述区块链数据存证系统由独立的软件或硬件模块实现，其输入端与数据采集系统连接，输出端与区块链网络连接。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述区块链数据存证系统通过利用预先设置的操作员密码学标识对合成数据结构进行数字签名，生成签名数据。
6.根据权利要求1或5所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述签名数据为加密哈希摘要。
7.根据权利要求1所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述区块链网络为由多个去中心化网络节点构建的一个点对点分布式区块链网络，以实现对合成数据结构进行分布式可信存储。
8.根据权利要求7所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述区块链网络采用共识机制和同步记账保障安全性和高效性。
9.根据权利要求1所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述区块链网络在上链存证成功后会发回交易收据；所述交易收据作为上链存证的凭证可以被操作员保留或分发出去；同时，利用该凭证可以在区块链网络中查询相应的上链存证数据。
10.根据权利要求9所述的基于区块链的数据采集装置，其特征在于，所述凭证可以通过嵌入到数据采集装置输出的数据或编码文件格式中，随输出的数据或编码文件格式一起保存和分发。
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