CN111552738A - 基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于物联网的区块链生态系统，包括：物联网单元，用于采集上链的物联网物品信息；区块链节点单元，用于接收物联网物品信息，并将该物联网物品信息写入标签，还用于根据非对称椭圆算法和私钥来实现标签的数据上链的请求验证；区块链主体单元，用于记录事物信息；区块链认证单元，用于查询验证物联网物品信息；以及生态机制，用于构造区块链的底层；生态机制包括智能合约和共识机制。本发明还提供了一种应用于基于物联网的区块链生态系统的区块链上链方法。与相关技术相比，本发明的基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法不需要与数字货币关联，实现共识机制的硬件环保且功耗低，系统成本小且易于推广应用。

Description

基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法
【技术领域】
本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法。
【背景技术】
随着区块链技术不断发展，将物联网融入到区块链的物联网区块链生态系统也应用越来越多。
相关技术的物联网区块链生态系统包括区块链主体、区块链节点、物联网信息、区块链认证及生态机制五部分组成，其中，所述区块链主体记录事物信息，不可窜改，公开透明；所述区块链节点进行分布记账，采用专门硬件设备参与竞争计算，大部分配置专业的挖矿芯片，可以根据生态机制获取一定奖励，功耗较大；所述物联网信息采集上链的物联网物品信息，所述物联网物品信息包括物品原料、物品加工、物品质检及物品流通；所述区块链认证用于用户可以通过区块链网站或手机应用程序对所述物联网物品信息进行查询验证；所述生态机制包括共识机制和智能合约。其中，共识机制位于区块链的底层，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。解决谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题。例如比特币采用的共识机制是工作量证明(Proof-Of-Work，简称POW)。智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息(包括医疗信息和风险发生的信息)都是真实可信的，那就很容易的在一些标准化的保险产品中，去进行自动化的理赔。
然而，目前的区块链技术比较适合较高信用度、有金融属性的事物，如比特币BTC，银行，基金，证券，保险等。由于物联网事物很多只是普通物品，数量规模也比较大，如果依葫芦画瓢会出现成本高，能耗大等问题，很难实现落地应用。相关技术采用专门硬件设备参与竞争计算，大部分配置专业的挖矿芯片，采用烧显卡的方式进行工作，一般由挖矿芯片、散热片和风扇组成，只执行的计算程序，耗电量较大。另外，需要大量矿机进行记账，非常消耗能源，不利于物联网生态的长久维持。如果没有大量矿机参与记账就很难运行，导致区块链在物联网很难进行落地应用。由于目前区块链物联网运行成本比较高，目前区块链大多在高端产品研发，很难大规模推广到中低端物联网产品。
因此，实有必要提供一种新的区块链生态系统和上链方法来解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种不需要与数字货币关联，实现共识机制的硬件环保且功耗低，系统成本小且易于推广应用的基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于物联网的区块链生态系统，该系统包括：
物联网单元，用于采集上链的物联网物品信息，所述物联网单元包括读卡器；
区块链节点单元，用于接收所述物联网物品信息，并将该物联网物品信息写入标签，还用于根据非对称椭圆算法和私钥实现所述标签的数据上链的请求验证；所述区块链节点单元包括实现所述标签的功能的标签芯片和读写所述标签芯片内数据以实现所述请求验证的阅读器，所述请求验证通过所述标签芯片实现共识机制；
区块链主体单元，用于记录事物信息；所述区块链主体单元包括多个区块，所述区块在所述请求验证完成后纳入区块链中存储；
区块链认证单元，用于查询验证所述物联网物品信息；所述区块链认证单元包括区块链网站；以及，
生态机制，用于构造区块链的底层；所述生态机制包括智能合约和所述共识机制。
更优的，所述物联网物品信息为物品生命周期的信息，其包括物品原料、物品加工、物品质检及物品流通。
更优的，所述读卡器将采集的所述物联网物品信息处理并产生明文数据；所述标签芯片接收由所述读卡器发送的所述明文数据，并将所述明文数据签名后产生签名数据，同时将由所述阅读器写入所述标签的默克尔树信息进行所述共识机制的算法运算；所述阅读器依次读取所述标签芯片存储的所述签名数据和所述默克尔树信息，然后对所述签名数据进行验证，并在所述签名数据验证通过后，通过将所述默克尔树信息与所述区块链进行双链对比验证以完成所述请求验证，并根据所述默克尔树信息按默克尔根计算生成新的默克尔树信息后，将该新的默克尔树信息写入所述标签；所述区块根据所述标签存储的信息进行上链存储。
更优的，所述标签芯片通过非对称椭圆算法和私钥对所述明文数据签名。
更优的，所述标签存储有所述私钥和所述物品在其生命周期的几个阶段信息特征的所述默克尔树信息。
更优的，完成上链的所述区块存储的信息包括版本号、父区块、默克尔树、时间戳、难度值及随机数。
更优的，完成所述请求验证后，所述阅读器还将存储有所述默克尔树信息的所述标签通过互联网确认，以实现用户通过所述区块链网站查询验证所述物联网物品信息。
更优的，所述默克尔根包括所述物联网物品信息的默克尔根和在所述区块链上按照存储时间排列在存储有该物联网物品信息的区块之前的多个所述区块的哈希函数值的默克尔根。
本发明提供一种区块链上链方法，该方法基于所述基于物联网的区块链生态系统，该方法包括如下步骤：
步骤S1、所述读卡器将采集的所述物联网物品信息处理并产生明文数据；
步骤S2、所述标签芯片接收由所述读卡器发送的所述明文数据，并将所述明文数据签名后产生签名数据；
步骤S3、所述阅读器依次读取所述标签芯片存储的所述签名数据和所述默克尔树信息，然后对所述签名数据进行验证，并在所述签名数据验证通过后，通过将所述默克尔树信息与所述区块链进行双链对比验证以完成所述请求验证；
步骤S4、所述阅读器根据所述默克尔树信息按默克尔根计算生成新的默克尔树信息后，并将该新的默克尔树信息写入所述标签；
步骤S5、所述标签芯片将由所述阅读器写入所述标签的默克尔树信息进行所述共识机制的算法运算，并在运算通过后将所述标签通过互联网确认；
步骤S6、所述区块根据所述标签存储的信息进行上链存储，完成上链。
更优的，在所述步骤S6之后，所述区块链上链方法还包括步骤：步骤S7、用户通过所述区块链网站和/或手机的应用程序对所述物品信息进行查询验证。
与现有技术相比，本发明的一种基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法通过标签芯片实现共识机制，不需要与数字货币关联，也与相关技术的工作量证明的共识机制不同，本技术方案的共识机制通过标签芯片的内部有隐藏的不可读的私钥，保证的标签的真实性，标签芯片内部的默克尔树提供了一种数据防伪的证明，使得虚拟的区块链实体化，从而可以通过线上和线下的双区块链，来增强物联网信息的可信度。另外，本技术方案通过标签芯片实现共识机制，不需要配置专业的挖矿芯片，大大节约能源，从而使本技术方案的硬件环保且功耗低，实现共赢的物联网生态环境，系统成本小且易于推广应用。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1为本发明基于物联网的区块链生态系统的结构框图；
图2为本发明基于物联网的区块链上链方法的流程框图；
图3为本发明基于物联网的区块链上链方法的步骤S6的流程框图。
【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参图1所示，本发明提供一种基于物联网的区块链生态系统100。所述基于物联网的区块链生态系统100包括物联网单元10、区块链节点单元20、区块链主体单元30、区块链认证单元40以及生态机制50。
所述物联网单元10用于采集上链的物联网物品信息。所述物联网单元10包括读卡器1。
所述物联网物品信息为物品生命周期的信息，其包括物品原料、物品加工、物品质检及物品流通。所述读卡器1将采集的所述物联网物品信息处理并产生明文数据。
所述区块链节点单元20用于接收所述物联网物品信息，并将物联网物品该信息写入标签，还用于根据非对称椭圆算法和私钥来实现所述标签的数据上链的请求验证。
具体的，所述区块链节点单元20包括实现所述标签的功能的标签芯片2和读写所述标签芯片2内数据以实现所述请求验证的阅读器3。
所述请求验证通过所述标签芯片2实现共识机制。通过所述标签芯片2则不需要配置专业的挖矿芯片，大大节约能源，从而使本技术方案的硬件环保且功耗低，实现共赢的物联网生态环境，系统成本小且易于推广应用。
所述标签芯片2接收由所述读卡器1发送的所述明文数据，并将所述明文数据签名后产生签名数据，同时将由所述阅读器3写入所述标签的默克尔树(Merkle Tree)信息进行所述共识机制的算法运算。所述标签芯片2通过非对称椭圆算法和私钥对所述明文数据签名。
所述阅读器3依次读取所述标签芯片2存储的所述签名数据和所述默克尔树信息，然后对所述签名数据进行验证，并在所述签名数据验证通过后，通过将所述默克尔树信息与所述区块链进行双链对比验证以完成所述请求验证，并根据所述默克尔树信息按默克尔根计算生成新的默克尔树信息，并将该新的默克尔树信息写入所述标签。其中，所述标签存储有所述私钥和所述物品在其生命周期的几个阶段信息特征的所述默克尔树信息。所述标签的内部有隐藏的不可读的私钥，保证的标签的真实性，所述标签芯片2内部的默克尔树提供了一种数据防伪的证明，使得虚拟的区块链实体化，从而可以通过线上和线下的双区块链，来增强物联网信息的可信度。
所述区块链主体单元30用于记录事物信息。
具体的，所述区块链链主体单元30包括多个区块4。所述区块4在所述请求验证完成所述共识机制的算法运算，并在运算通过后纳入区块链中存储。所述区块4根据所述标签存储的信息进行上链存储。其中，完成上链的所述区块4存储的信息包括版本号、父区块、默克尔树、时间戳、难度值及随机数。所述默克尔根包括所述物联网物品信息的默克尔根和在所述区块链上按照存储时间排列在存储有该物联网物品信息的区块之前的多个所述区块4的哈希函数值的默克尔根。通过所述读卡器1采集所述物联网物品信息在生命周期中的物品原料、物品加工、物品质检及物品流通等信息，以及所述区块链上每个区块的哈希函数值，从而计算出它们的所述默克尔根生成的一种树状结构，整个数据结构中每一层都是分两个叉。所述区块4通过所述共识算法过程后被正式纳入所述区块链中存储，全网节点均表示接受该区块，物联网信息完成上链。
所述区块链认证单元40用于查询验证所述物联网物品信息。
具体的，所述链认证单元包括区块链网站5。完成所述请求验证后，所述阅读器3还将存储有所述默克尔树信息的所述标签通过互联网确认，以实现用户通过所述区块链网站5查询验证所述物联网物品信息。
所述生态机制50用于构造区块链的底层。
具体的，所述生态机制50包括智能合约和所述共识机制。所述共识机制位于区块链的底层，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。解决谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题。
所述智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息(包括医疗信息和风险发生的信息)都是真实可信的，那就很容易的在一些标准化的保险产品中，去进行自动化的理赔。后续用户可以通过所述区块链网站5和/或手机应用程序(APP)等对物品信息进行查询验证，并可以通过所述智能合约自动完成事先约定好的协议。
综合上述，所述基于物联网的区块链生态系统100降低区块链物联网搭建的成本，解决相关技术中的技术方案区块链很难在物联网落地应用，从而可以大规模推广到中低端物联网产品，促进物联网发展。更优的，所述基于物联网的区块链生态系统100解决区块链必须与数字货币关联的现象，可以免数字货币独立存在，从而可以大规模的应用于中低端物联网。所述基于物联网的区块链生态系统100采用更加环保的硬件实现共识机制，也就是通过所述读卡器1、所述标签芯片2及所述阅读器3为基本组件的硬件，大大降低能源消耗，实现共赢的物联网生态环境。
请同时参考参图2-3所示，本发明还提供一种区块链上链方法。该方法基于所述基于物联网的区块链生态系统100。。所述区块链上链方法包括如下步骤：
步骤S1、所述读卡器1将采集的所述物联网物品信息处理并产生明文数据。
步骤S2、所述标签芯片2接收由所述读卡器1发送的所述明文数据，并将所述明文数据签名后产生签名数据。
步骤S3、所述阅读器3依次读取所述标签芯片2存储的所述签名数据和所述默克尔树信息，然后对所述签名数据进行验证，并在所述签名数据验证通过后，通过将所述默克尔树信息与所述区块链进行双链对比验证以完成所述请求验证。
步骤S4、所述阅读器3根据所述默克尔树信息按默克尔根计算生成新的默克尔树信息后，将该新的默克尔树信息写入所述标签；
步骤S5、所述标签芯片将由所述阅读器写入所述标签的默克尔树信息进行所述共识机制的算法运算，并在运算通过后将所述标签通过互联网确认。
步骤S6、所述区块4根据所述标签存储的信息进行上链存储，完成上链。
步骤S7、用户通过所述区块链网站5和/或手机的应用程序对所述物品信息进行查询验证。
所述基于物联网的区块链上链方法实现所述基于物联网的区块链生态系统100不需要与数字货币关联，实现共识机制的硬件环保且功耗低，系统成本小且易于推广应用。
与现有技术相比，本发明的一种基于物联网的区块链生态系统和区块链上链方法通过标签芯片实现共识机制，不需要与数字货币关联，也与相关技术的工作量证明的共识机制不同，本技术方案的共识机制通过标签芯片的内部有隐藏的不可读的私钥，保证的标签的真实性，标签芯片内部的默克尔树提供了一种数据防伪的证明，使得虚拟的区块链实体化，从而可以通过线上和线下的双区块链，来增强物联网信息的可信度。另外，本技术方案通过标签芯片实现共识机制，不需要配置专业的挖矿芯片，大大节约能源，从而使本技术方案的硬件环保且功耗低，实现共赢的物联网生态环境，系统成本小且易于推广应用。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，该系统包括：
物联网单元，用于采集上链的物联网物品信息，所述物联网单元包括读卡器；
区块链节点单元，用于接收所述物联网物品信息，并将该物联网物品信息写入标签，还用于根据非对称椭圆算法和私钥实现所述标签的数据上链的请求验证；所述区块链节点单元包括实现所述标签的功能的标签芯片和读写所述标签芯片内数据以实现所述请求验证的阅读器，所述请求验证通过所述标签芯片实现共识机制；
区块链主体单元，用于记录事物信息；所述区块链主体单元包括多个区块，所述区块在所述请求验证完成后纳入区块链中存储；
区块链认证单元，用于查询验证所述物联网物品信息；所述区块链认证单元包括区块链网站；以及，
生态机制，用于构造区块链的底层；所述生态机制包括智能合约和所述共识机制。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，所述物联网物品信息为物品生命周期的信息，其包括物品原料、物品加工、物品质检及物品流通。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，
所述读卡器将采集的所述物联网物品信息处理并产生明文数据；
所述标签芯片接收由所述读卡器发送的所述明文数据，并将所述明文数据签名后产生签名数据，同时将由所述阅读器写入所述标签的默克尔树信息进行所述共识机制的算法运算；
所述阅读器依次读取所述标签芯片存储的所述签名数据和所述默克尔树信息，然后对所述签名数据进行验证，并在所述签名数据验证通过后，通过将所述默克尔树信息与所述区块链进行双链对比验证以完成所述请求验证，并根据所述默克尔树信息按默克尔根计算生成新的默克尔树信息后，将该新的默克尔树信息写入所述标签；
所述区块根据所述标签存储的信息进行上链存储。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，所述标签芯片通过非对称椭圆算法和私钥对所述明文数据签名。
5.根据权利要求3所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，所述标签存储有所述私钥和所述物品在其生命周期的几个阶段信息特征的所述默克尔树信息。
6.根据权利要求3所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，完成上链的所述区块存储的信息包括版本号、父区块、默克尔树、时间戳、难度值及随机数。
7.根据权利要求3所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，完成所述请求验证后，所述阅读器还将存储有所述默克尔树信息的所述标签通过互联网确认，以实现用户通过所述区块链网站查询验证所述物联网物品信息。
8.根据权利要求3所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，所述默克尔根包括所述物联网物品信息的默克尔根和在所述区块链上按照存储时间排列在存储有该物联网物品信息的区块之前的多个所述区块的哈希函数值的默克尔根。
9.一种区块链上链方法，该方法基于权利要求1-6中任意一项所述的基于物联网的区块链生态系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S1、所述读卡器将采集的所述物联网物品信息处理并产生明文数据；
步骤S2、所述标签芯片接收由所述读卡器发送的所述明文数据，并将所述明文数据签名后产生签名数据；
步骤S3、所述阅读器依次读取所述标签芯片存储的所述签名数据和所述默克尔树信息，然后对所述签名数据进行验证，并在所述签名数据验证通过后，通过将所述默克尔树信息与所述区块链进行双链对比验证以完成所述请求验证；
步骤S4、所述阅读器根据所述默克尔树信息按默克尔根计算生成新的默克尔树信息后，将该默克尔树信息写入所述标签；
步骤S5、所述标签芯片将由所述阅读器写入所述标签的默克尔树信息进行所述共识机制的算法运算，并在运算通过后将所述标签通过互联网确认；
步骤S6、所述区块根据所述标签存储的信息进行上链存储，完成上链。
10.根据权利要求9所述的区块链上链方法，其特征在于，在所述步骤S6之后，所述区块链上链方法还包括步骤：
步骤S7、用户通过所述区块链网站和/或手机的应用程序对所述物品信息进行查询验证。
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