CN111680049A - 一种基于区块链的物联网数据的处理方法及其处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种区块链的物联网数据的处理方法及其处理装置，包括：将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点发送至全节点中，以使全节点对交易进行打包处理，以得到区块；将全节点中的区块中的同步数据同步至轻节点中；在轻节点接收对应于物联网数据的验证请求时，查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点发起查询交易的查询请求，以使全节点根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点；采用轻节点根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果。本发明的有益效果在于：提高了物联网各个模块的协同能力。

Description

一种基于区块链的物联网数据的处理方法及其处理装置

技术领域

本发明属于基于物联网的区块链技术领域，尤其涉及一种区块链的物联网数据的处理方法及其处理装置。

背景技术

传统的物联网经过3G、4G、Wi-Fi、蓝牙、NB-IoT(窄带物联网，Narrow BandInternet of Things)、以太网、各种工业总线等将数据上传到中央服务器集中保存，不但缺少一定的数据保护能力，影响到了数据的隐私与安全；而且随着物联网设备的不断增多，对于中央服务器的处理性能以及内存空间都提出了极大的挑战。区块链技术为这些问题带来了解决方案，利用区块链的去中心化和不可篡改能够保护数据的安全存储和共享，即数据不再被中心服务器单一控制，并且所有传输的数据都经过了严格的加密处理。物联网的各个环节公开透明，让参与者可以随时查询交易情况，解决了信任问题，让物联网各方的协同变得更加容易。

因此通过将区块链技术应用于物联网架构用来管理设备以及设备数据可以为现有的物联网架构提供极大帮助。然而，将区块链技术引入物联网架构将会产生每个节点都要存储所有的数据，从而导致数据存储的冗余。并且传统数据的验证需要大量数据的配合，对存储的成本也有影响。因此如何在物联网结合区块链技术的情况下进行数据采集与验证并减少存储的冗余跟成本成为了当前的挑战。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种区块链的物联网数据的处理方法及其处理装置。

具体技术方案如下：

一种基于区块链的物联网数据的处理方法，其中，包括以下步骤：

将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点发送至全节点中，以使全节点对交易进行打包处理，以得到区块；

将全节点中的区块中的同步数据同步至轻节点中；

在轻节点接收对应于物联网数据的验证请求时，查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点发起查询交易的查询请求，以使全节点根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点；

采用轻节点根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果。

优选的，处理方法，其中，区块包括：

区块头，用于存储默克尔树的树根信息；

区块体，用于存储多条交易；

可验证数据元，用于存储根据默克尔树和交易生成的可验证数据。

优选的，处理方法，其中，将全节点中的区块中的同步数据同步至轻节点中，具体包括以下步骤：

轻节点向全节点发送同步连接请求，以使全节点向轻节点返回最新的区块的区块头数据；

轻节点根据最新的区块的区块头数据设置目标区块号与起始区块号，并将目标区块号与起始区块号发送到全节点中，以使全节点向轻节点返回在目标区块号与起始区块号之间的同步数据；

轻节点对同步数据进行处理。

优选的，处理方法，其中，同步数据包括区块头和可验证数据元中存储的数据。

优选的，处理方法，其中，全节点根据默克尔树对交易进行打包处理，以得到区块。

优选的，处理方法，其中，在轻节点接收对应于物联网数据的验证请求时，查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点发起查询交易的查询请求，以使全节点根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点，具体包括以下步骤：

向轻节点提交对应于物联网数据的验证请求；

轻节点根据验证请求在轻节点上查询与验证请求相对应的交易，并根据查询到的交易向全节点发送查询请求；

全节点根据查询请求依照默克尔树算法得到证明路径，并将证明路径下发至轻节点。

优选的，处理方法，其中，采用轻节点根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果，具体包括以下步骤：

根据哈希算法获取证明路径中的根哈希；

根据哈希算法获取同步数据中的区块头的根哈希；

判断证明路径中的根哈希与同步数据中的区块头的根哈希是否一致；

若是，确定验证结果为交易已上链；

若否，确定验证结果为交易未上链。

优选的，处理方法，其中，处理方法还包括：

智能终端每隔一预设时间周期在全节点中查询物联网数据。

优选的，处理方法，其中，还包括：

采用轻节点对智能终端进行身份注册，并根据智能终端的发送的交易请求对智能终端进行身份验证，并在智能终端通过身份验证时接收智能终端发送的交易。

还包括一种基于区块链的物联网数据的处理装置，其中包括：

处理模块，用于将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点发送至全节点中，以使全节点对交易进行打包处理，以得到区块；

同步模块，用于将全节点中的区块中的同步数据同步至轻节点中；

查询模块，用于在轻节点接收对应于物联网数据的验证请求时，查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点发起查询交易的查询请求，以使全节点根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点；

验证模块，用于采用轻节点根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

通过区块链技术的去中心化和不可篡改的特性来提高整个物联网场景下的各个物联网数据和交易的公开性和安全性，并且提高了物联网各个模块的协同能力；

通过在区块链系统中设置用于存储同步数据的轻节点和用于存储区块的全节点，从而减少了物联网场景下的区块链系统的存储冗余，进而提高了区块链系统的性能；

通过向轻节点发送验证请求以实现对物联网数据是否上链进行验证，从而减少验证时的数据查询量，进而提高验证速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于区块链的物联网数据的处理方法的实施例的流程图；

图2为本发明基于区块链的物联网数据的处理方法的实施例的不同数据的流程图；

图3为本发明基于区块链的物联网数据的处理装置的原理框图；

图4为本发明基于区块链的物联网数据的处理装置的同步模块的原理框图；

图5为本发明基于区块链的物联网数据的处理装置的查询模块的原理框图；

图6为本发明基于区块链的物联网数据的处理装置的验证模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

并且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作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。

需要说明的是：在其他实施例中并不一定按照本说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。

本发明包括一种基于区块链的物联网数据的处理方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1，将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点2发送至全节点3中，以使全节点3对交易进行打包处理，以得到区块；

步骤S2，将全节点3中的区块中的同步数据同步至轻节点2中；

步骤S3，在轻节点2接收对应于物联网数据的验证请求时，查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点3发起查询交易的查询请求，以使全节点3根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点2；

步骤S4，采用轻节点2根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果。

在上述实施例中，上述处理方法应用于区块链系统中，可以通过区块链技术的去中心化和不可篡改的特性来提高整个物联网场景下的各个物联网数据和交易的公开性和安全性，并且提高了物联网各个模块的协同能力；

上述处理方法包括对物联网数据的采集和验证；

在上述实施例中，通过步骤S1和步骤S2实现了将采集到的物联网数据上传至区块链系统中；并且通过在区块链系统中设置用于存储同步数据的轻节点2和用于存储区块的全节点3，从而减少了物联网场景下的区块链系统的存储冗余，进而提高了区块链系统的性能；

通过将物联网数据作为交易先上传至轻节点2中，随后通过轻节点2将交易发送至全节点3中，使得全节点3对交易进行打包得到区块，以实现在轻节点2中存储有交易，而在全节点3中存储有区块，从而避免物联网场景下的区块链系统的每个节点都要存储大量的数据，进而减少了物联网场景下的区块链系统的存储冗余，进而提高了区块链系统的性能；

需要说明的是，全节点3存储有全量数据和轻节点2列表，其中，全量数据包含了所有的区块中的数据；轻节点2列表中包括所有与该全节点3连接的所有的轻节点2的路径信息。

通过将全节点3中的区块中的同步数据同步至轻节点2中，即实现不需要将区块中所有数据都同步到轻节点2中，从而减少轻节点2的数据存储量。

在上述实施例中，可以通过区块链系统中的智能终端1来采集物联网数据，从而实现了将智能终端1采集到的物联网数据上传至区块链系统中。

在上述实施例中，通过步骤S3和步骤S4实现了接收验证请求对物联网数据是否上链进行验证；并且通过轻节点2接收到物联网数据的验证请求，并根据验证请求查询到对应的交易(其中查询到的该交易中包括上述物联网数据)，随后轻节点2向全节点3发送查询该交易的查询请求，全节点3接收到查询请求并根据该查询请求查找到该交易的证明路径，随后全节点3将查找到的证明路径发送给轻节点2，接着轻节点2根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果，由于交易中包括对应的物联网数据，因此当交易的验证结果为上链时，物联网数据也上链；当交易的验证结果为未上链时，物联网数据也未上链。

在上述实施例中，区块链系统包括：

智能终端1，与轻节点2连接，用于采集物联网数据，并将采集的物联网数据作为交易发送到轻节点2中；

轻节点2，与全节点3连接，用于接收并将智能终端1下发的交易转发至全节点3中，用于接收全节点3下发的同步数据，用于接收对应于物联网数据的验证请求查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点3发起查询交易的查询请求，用于根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果；

全节点3，用于对轻节点2下发的交易进行打包处理得到区块，用于根据轻节点2下发的查询请求查找到交易的证明路径。

在上述实施例中，区块链系统还包括与轻节点2连接的应用服务器4；

在步骤S4后，轻节点2将验证结果通过应用服务器4反馈给用户客户端5。

在上述实施例中，交易包括物联网数据、时间戳和目的合约地址等信息。

进一步的，在上述实施例中，区块包括：

区块头，用于存储默克尔树的树根信息；

区块体，用于存储多条交易；

可验证数据元，用于存储根据默克尔树和交易生成的可验证数据。

在上述实施例中，一个区块就可以包括区块头、区块体和可验证数据元，其中区块体中存储了主要的数据，即多条交易。

进一步的，在上述实施例中，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21，轻节点2向全节点3发送同步连接请求，以使全节点3向轻节点2返回最新的区块的区块头数据；

步骤S22，轻节点2根据最新的区块的区块头数据设置目标区块号与起始区块号，并将目标区块号与起始区块号发送到全节点3中，以使全节点3向轻节点2返回在目标区块号与起始区块号之间的同步数据；

步骤S23，轻节点2对同步数据进行处理。

在上述实施例中，如图2所示，在步骤S21中，轻节点2向全节点3发送同步连接请求，全节点3接收同步连接请求后向轻节点2返回当前区块链中的最新的区块中的区块头数据；

在步骤S22中，轻节点2根据最新的区块的区块头数据设置目标区块号与起始区块号，并将目标区块号与起始区块号作为同步请求发送到全节点3，以使全节点3向轻节点2返回在目标区块号与起始区块号之间的同步数据；

其中，起始区块号可以是轻节点2的当前最新区块，而目标区块号可以是全节点3发送给轻节点2的区块号，例如需要初始化轻节点2时，将轻节点2的为0的区块号设置为起始区块号，这时轻节点2收到的全节点3的区块头对应的区块号为10，则将目标区块号设置为10。

在步骤S23中，判断轻节点2接收到的同步数据中是否有待处理的区块号对应的待处理数据；

若是，轻节点2将同步数据进行验证处理，并将同步数据存入区块链数据库中，并遍历缓存数据库查看是否存在待处理的区块号对应的同步数据；

若否，并将同步数据存入缓存数据库中等待处理。

其中，缓存数据库会在同步过程完成后清空。

其中，轻节点2将同步数据进行验证处理，具体可以为，将同步数据中的区块头进行验证。进一步的，在上述实施例中，同步数据包括区块头和可验证数据元中存储的数据。

在上述实施例中，在步骤S22中的同步数据包括目标区块号与起始区块号之间的区块头和可验证数据元中存储的数据。

进一步的，在上述实施例中，步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11，采用智能终端1将物联网数据作为交易上传至轻节点2中；

步骤S12，轻节点2将交易保存到本地的数据库中，并将交易发送至全节点3中；

步骤S13，全节点3根据默克尔树对交易进行打包处理，以得到区块。

在上述实施例中，轻节点2的本地数据库中保存有交易，从而方便后续对交易的查询和验证，即在后续需要对物联网数据是否上链进行验证时，可以向轻节点2发送验证请求，轻节点2就可以根据验证请求在本地数据库中查询对应的交易，随后执行后续步骤。

进一步的，在上述实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31，向轻节点2提交对应于物联网数据的验证请求；

步骤S32，轻节点2根据验证请求在轻节点2上查询与验证请求相对应的交易，并根据查询到的交易向全节点3发送查询请求；

步骤S33，全节点3根据查询请求依照默克尔树算法得到证明路径，并将证明路径下发至轻节点2。

在上述实施例中，区块链系统还包括与轻节点2连接的应用服务器4；

在步骤S31中，用户客户端5通过应用服务器4向轻节点2提交对应于物联网数据的验证请求。

进一步的，在上述实施例中，步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41，根据哈希算法获取证明路径中的根哈希；

步骤S42，根据哈希算法获取同步数据中的区块头的根哈希；

步骤S43，判断证明路径中的根哈希与同步数据中的区块头的根哈希是否一致；

若是，确定验证结果为交易已上链；

若否，确定验证结果为交易未上链。

在上述实施例中，步骤S41和步骤S42可以顺序执行也可以同时执行。

进一步的，在上述实施例中，处理方法还包括：

智能终端1每隔一预设时间周期在全节点3中查询物联网数据。

在上述实施例中，通过智能终端1对全节点3进行定期对帐，实现定期检查智能终端1采集的物联网数据是否都记录在区块链中。

进一步的，在上述实施例中，还包括：

采用轻节点2对智能终端1进行身份注册，并根据智能终端1的发送的交易请求对智能终端1进行身份验证，并在智能终端1通过身份验证时接收智能终端1发送的交易。

在上述实施例中，轻节点2对连接的智能终端1在本地进行身份注册；

在轻节点2接收智能终端1发送的交易请求时，通过判断交易请求中的智能终端1信息是否为注册的智能终端1信息，若是，则确定智能终端1通过身份验证，并接收智能终端1发送的交易；若否，则确定智能终端1未通过身份验证，不接收智能终端1发送的交易。

如图1所示，区块链系统包括智能终端1、轻节点2、全节点3和应用服务器4；

智能终端1分别与轻节点2和全节点3连接，轻节点2与应用服务器4连接，轻节点2和全节点3连接；

上述处理方法首先外部6使用智能终端1来采集物联网数据，并将采集的物联网数据作为交易发送到轻节点2中，轻节点2将交易转发至全节点3中进行打包处理，以得到区块，全节点3将区块中的同步数据同步到轻节点2中，上述步骤实现了对物联网数据进行数据采集的过程；

其中，上述外部6可以为操作人员。

用户客户端5通过应用服务器4向轻节点2发送对应于物联网数据的验证请求，轻节点2查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点3发起查询交易的查询请求，以使全节点3根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点2，轻节点2根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果，轻节点2将验证结果通过应用服务器4反馈给用户客户端5，上述实现了对物联网数据进行数据验证的过程；

其中，智能终端1还会每隔一预设时间周期在全节点3中查询物联网数据，即实现智能终端1对全节点3的定期对帐。

与上述方法实施例相对应，还包括一种基于区块链的物联网数据的处理装置，包括：

处理模块7，用于将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点2发送至全节点3中，以使全节点3对交易进行打包处理，以得到区块；

同步模块8，与处理模块7连接，用于将全节点3中的区块中的同步数据同步至轻节点2中；

查询模块9，与同步模块8连接，用于在轻节点2接收对应于物联网数据的验证请求时，查找到与验证请求相对应的交易，并向全节点3发起查询交易的查询请求，以使全节点3根据查询请求查找到交易的证明路径，并将证明路径下发至轻节点2；

验证模块10，与查询模块9连接，用于采用轻节点2根据证明路径和同步数据对交易进行验证，以得到验证结果。

在上述实施例中，可以通过智能终端1来采集物联网数据。

与上述方法实施例相对应，同步模块8包括：

第一请求单元81，用于采用轻节点2向全节点3发送同步连接请求，以使全节点3向轻节点2返回最新的区块的区块头数据；

同步单元82，与第一请求单元81连接，用于采用轻节点2根据最新的区块的区块头数据设置目标区块号与起始区块号，并将目标区块号与起始区块号发送到全节点3中，以使全节点3向轻节点2返回在目标区块号与起始区块号之间的同步数据；

第二请求单元83，与同步单元82连接，用于采用轻节点2对同步数据进行处理。

与上述方法实施例相对应，查询模块9包括：

第三请求单元91，用于向轻节点2提交对应于物联网数据的验证请求；

第四请求单元92，与第三请求单元91连接，用于采用轻节点2根据验证请求在轻节点2上查询与验证请求相对应的交易，并根据查询到的交易向全节点3发送查询请求；

查询单元93，与第四请求单元92连接，用于采用全节点3根据查询请求依照默克尔树算法得到证明路径，并将证明路径下发至轻节点2。

与上述方法实施例相对应，验证模块10包括：

第一获取单元101，用于根据哈希算法获取证明路径中的根哈希；

第二获取单元102，用于根据哈希算法获取同步数据中的区块头的根哈希；

判断单元103，分别与第一获取单元101和第二获取单元102连接，用于判断证明路径中的根哈希与同步数据中的区块头的根哈希是否一致；

若是，确定验证结果为交易已上链；

若否，确定验证结果为交易未上链。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链的物联网数据的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点发送至全节点中，以使所述全节点对所述交易进行打包处理，以得到所述区块；

将所述全节点中的所述区块中的所述同步数据同步至所述轻节点中；

在所述轻节点接收对应于所述物联网数据的验证请求时，查找到与所述验证请求相对应的所述交易，并向所述全节点发起查询所述交易的查询请求，以使所述全节点根据所述查询请求查找到所述交易的证明路径，并将所述证明路径下发至所述轻节点；

采用所述轻节点根据所述证明路径和所述同步数据对所述交易进行验证，以得到验证结果。

2.如权利要求1所示的处理方法，其特征在于，所述区块包括：

区块头，用于存储默克尔树的树根信息；

区块体，用于存储多条所述交易；

可验证数据元，用于存储根据默克尔树和所述交易生成的可验证数据。

3.如权利要求2所示的处理方法，其特征在于，所述将所述全节点中的所述区块中的所述同步数据同步至所述轻节点中，具体包括以下步骤：

所述轻节点向所述全节点发送同步连接请求，以使所述全节点向所述轻节点返回最新的所述区块的区块头数据；

所述轻节点根据最新的所述区块的所述区块头数据设置目标区块号与起始区块号，并将所述目标区块号与所述起始区块号发送到所述全节点中，以使所述全节点向所述轻节点返回在所述目标区块号与所述起始区块号之间的所述同步数据；

所述轻节点对所述同步数据进行处理。

4.如权利要求2或3所示的处理方法，其特征在于，所述同步数据包括所述区块头和所述可验证数据元中存储的数据。

5.如权利要求1所示的处理方法，其特征在于，所述全节点根据默克尔树对所述交易进行打包处理，以得到所述区块。

6.如权利要求1所示的处理方法，其特征在于，所述在所述轻节点接收对应于所述物联网数据的验证请求时，查找到与所述验证请求相对应的所述交易，并向所述全节点发起查询所述交易的查询请求，以使所述全节点根据所述查询请求查找到所述交易的证明路径，并将所述证明路径下发至所述轻节点，具体包括以下步骤：

向所述轻节点提交对应于所述物联网数据的验证请求；

所述轻节点根据所述验证请求在所述轻节点上查询与所述验证请求相对应的所述交易，并根据查询到的所述交易向所述全节点发送所述查询请求；

所述全节点根据所述查询请求依照默克尔树算法得到所述证明路径，并将所述证明路径下发至所述轻节点。

7.如权利要求1所示的处理方法，其特征在于，所述采用所述轻节点根据所述证明路径和所述同步数据对所述交易进行验证，以得到验证结果，具体包括以下步骤：

根据哈希算法获取所述证明路径中的根哈希；

根据哈希算法获取所述同步数据中的区块头的根哈希；

判断所述证明路径中的根哈希与所述同步数据中的区块头的根哈希是否一致；

若是，确定所述验证结果为所述交易已上链；

若否，确定所述验证结果为所述交易未上链。

8.如权利要求1所示的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括：

所述智能终端每隔一预设时间周期在所述全节点中查询所述物联网数据。

9.如权利要求1所示的处理方法，其特征在于，还包括：

采用所述轻节点对所述智能终端进行身份注册，并根据所述智能终端的发送的交易请求对所述智能终端进行身份验证，并在所述智能终端通过身份验证时接收所述智能终端发送的所述交易。

10.一种基于区块链的物联网数据的处理装置，其特征在于，包括：

处理模块，用于将采集到的物联网数据作为交易通过轻节点发送至全节点中，以使所述全节点对所述交易进行打包处理，以得到所述区块；

同步模块，用于将所述全节点中的所述区块中的所述同步数据同步至所述轻节点中；

查询模块，用于在所述轻节点接收对应于所述物联网数据的验证请求时，查找到与所述验证请求相对应的所述交易，并向所述全节点发起查询所述交易的查询请求，以使所述全节点根据所述查询请求查找到所述交易的证明路径，并将所述证明路径下发至所述轻节点；

验证模块，用于采用所述轻节点根据所述证明路径和所述同步数据对所述交易进行验证，以得到验证结果。

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