CN111866086B - 一种基于云边端的区块链控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于云边端的区块链控制方法及系统，应用于云节点、边缘节点和端节点构成的区块链网络，所述方法为：首先获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源，接着选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则从共识模组中选择所要参与的共识机制，参与所选择的共识机制进程，当选择不参与共识机制进程，或者选择好所要参与的共识机制时，完成初始化；在完成初始化后，以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求，本发明可兼容三类节点，解决了物联网终端性能局限带来的区块链部署难题。

Description

一种基于云边端的区块链控制方法及系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种基于云边端的区块链控制方法及系统。

背景技术

区块链是一种利用密码学方法、计算机网络和分布式存储等技术综合实现的复合型技术。它能提供或创造一个可信计算或交易环境，其中的数据和针对数据的操作不可被恶意操纵或篡改。

现有的区块链系统部署方案主要有三种：基于云计算的区块链系统、基于边缘计算的区块链系统、基于物联网终端的区块链系统。三种方案的缺点如下：

基于云计算的区块链系统：该方案基于集中式存储与计算，将大量用户的数据保存在少量云服务器中，中心化的服务器会面临大量的存储和通信压力，并且面临着单点失效等安全问题(单点失效：整个系统会因为一个单点的失败而停止整个工作)，这与区块链去中心化的特性所矛盾。

基于边缘计算的区块链系统：由于用户数据、交易信息、发布区块都由边缘服务器处理，用户失去了对数据的一部分控制权，且仅拥有受限的操作权限，无法应对海量的物联网设备对区块链灵活部署的需求。

基于物联网终端的区块链系统：由于大多数物联网终端仅包含有限的计算、存储资源，无法支持复杂的区块链相关操作，例如：发布、验证智能合约。另外，由于物联网终端的安全性较弱，运行在物联网终端上的区块链系统易受到分布式拒绝服务攻击、越权访问等安全性威胁。

因此，如何保持区块链系统的去中心化特性、将数据使用和操作权限归还用户、解决物联网终端性能局限带来的区块链部署难题，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于云边端的区块链控制方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于云边端的区块链控制系统，应用于基于云边端的区块链网络，所述基于云边端的区块链网络由通信连接的云节点、边缘节点和端节点构成，所述系统包括：

节点资源配置模块，用于获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源，所述节点类别为云节点、边缘节点或终端节点中任一种；

可插拔共识模块，用于选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则从共识模组中选择所要参与的共识机制，当选择不参与共识机制进程，或者选择好所要参与的共识机制时，完成初始化；

共识进程模块，用于当选择好所要参与的共识机制时，参与所选择的共识机制进程；

操作模块，用于在完成初始化后，以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求。

进一步，所述云节点为数据中心，所述云节点配置有NFV模块和SDN模块，所述NFV模块用于实现网络动态安全监测，所述SDN模块用于实现区块链网络流量控制、数据可视化功能；

所述边缘节点为网络边缘基础设施，所述边缘节点配置有边缘控制器和存储池，所述边缘控制器用于：处理端节点的操作请求，将所述操作请求打包成区块链账本后上传至区块链，以及读取区块链账本，根据所述区块链账本向端节点下发操作请求；所述存储池用于存储数据；

所述端节点为运行在物联网终端的节点，所述端节点配置有数据采集、处理、存储、加密和传输功能。

进一步，各个节点的共识进程模块并行参与各自的共识机制进程。

进一步，所述操作模块包括：

交易发起模块，用于当发起交易请求时，将交易请求信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中等待共识节点验证，如果验证通过，则所述交易请求信息被添加到区块链中；

交易响应模块，用于当响应交易请求时，根据验证通过的交易请求信息执行操作，将执行操作后的反馈信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中，宣告交易执行完毕。

进一步，所述区块链账本由区块头和区块体组成，所述区块体保存有操作请求的信息，所述操作请求的信息包括：节点信息、元数据、控制数据、操作流程信息和执行结果信息；

所述节点信息包括：该节点的地址、公钥、节点类别、版本号；

所述元数据为用于描述操作请求的索引信息，元数据的引入进一步使控制数据和操作流程记录描述更加简洁；

所述控制数据为用于描述操作请求包含的软件和/或硬件处理信息；

所述操作流程信息为用于描述操作请求包含的分解步骤信息；

所述执行结果信息为用于描述操作请求执行结果的反馈信息。

进一步，所述存储池具体用于存储：原始数据、元数据、控制数据和区块链数据；

所述原始数据为从端节点获取到的数据，所述区块链数据是在原始数据、元数据、控制数据基础上构建的新的数据结构，包含区块链本身以及区块链状态数据。

进一步，所述存储池中存储的数据以加密的形式被存储。

一种基于云边端的区块链控制方法，应用于上述任一所述的基于云边端的区块链控制系统，所述方法包括：

获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源，所述节点类别为云节点、边缘节点或终端节点中任一种；

选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则从共识模组中选择所要参与的共识机制，参与所选择的共识机制进程，当选择不参与共识机制进程，或者选择好所要参与的共识机制时，完成初始化；

在完成初始化后，以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求。

进一步，各个节点并行参与各自的共识机制进程。

进一步，所述以区块链账本的形式发起操作请求，包括：

当发起交易请求时，将交易请求信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中等待共识节点验证，如果验证通过，则所述交易请求信息被添加到区块链中；

当响应交易请求时，根据验证通过的交易请求信息执行操作，将执行操作后的反馈信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中，宣告交易执行完毕。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于云边端的区块链控制方法及系统，本发明可兼容三类节点(云节点、边缘节点、端节点)，可根据功能需求灵活的将区块链节点到云边端三个层中，可根据节点的性能特点灵活选择共识机制，可最大限度利用节点资源，并保留了区块链系统的去中心化特性、将数据使用和操作权限归还用户、解决物联网终端性能局限带来的区块链部署难题。

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是本发明实施例中基于云边端的区块链网络的结构示意图；

图2是本发明实施例一种基于云边端的区块链控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中区块链账本的结构示意图；

图4是本发明实施例一种基于云边端的区块链控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1和图2，本发明实施例提供的一种基于云边端的区块链控制系统，应用于基于云边端的区块链网络，所述基于云边端的区块链网络由云节点、边缘节点和端节点构成，所述系统包括：

节点资源配置模块，用于获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源，所述节点类别为云节点、边缘节点或终端节点中任一种；

可插拔共识模块，用于选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则从共识模组中选择所要参与的共识机制，当选择不参与共识机制进程，或者选择好所要参与的共识机制时，完成初始化；

共识进程模块，用于当选择好所要参与的共识机制时，参与所选择的共识机制进程；

操作模块，用于在完成初始化后，以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求。

本发明提供的实施例中，所述云节点为数据中心，用于存储海量数据，提供针对大数据的高性能弹性计算。所述云节点配置有NFV(Network Functions Virtualization，网络功能虚拟化)模块和SDN(Software Defined Network，软件定义网络)模块，所述NFV模块用于实现网络动态安全监测，所述SDN模块用于实现区块链网络流量控制、数据可视化功能；

其中，在云节点中执行涉及安全隐私的操作需要以智能合约的形式执行，所述涉及安全隐私的操作包括：对边缘节点和端节点的数据获取请求、对存储在云节点的数据进行计算的请求、云节点对边缘节点和端节点下发的操作指令、对NFV模块和SDN模块的重置、启动和升级等。

所述边缘节点为网络边缘基础设施，所述边缘节点配置有边缘控制器和存储池，所述边缘控制器用于：处理端节点的操作请求(加密、提取、共享等)，将所述操作请求打包成区块链账本后上传至区块链(以简单交易或智能合约操作的形式)，以及读取区块链账本，根据所述区块链账本向端节点下发操作请求；所述存储池用于存储数据；

一般地，所述边缘节点部署于分布式IDC，运营商通信网络边缘基础设施，边缘侧客户节点(例如：边缘网关，NB-IoT网关等)等边缘设备。

边缘节点在初始化时被配置一个基于属性的身份证明，说明该节点的基本信息(例如：边缘网关，节点身份ID，应用版本号等)、服务场景(例如：智能交通)、服务类型(例如：视频流处理)。

所述端节点为运行在物联网终端的节点，所述端节点配置有数据采集、处理、存储、加密和传输功能。

一般地，所述端节点支持5G、4G、3G、2G、NB-IoT、LoRa等通信网络，所述端节点为配置有数据采集、处理、存储、加密和传输的终端设备，例如：各类传感器、摄像头、移动终端设备、计量仪表、车载终端等。

本发明实施例中，提供了可选的共识机制，并可针对不同应用场景从共识模组中选择对应的共识机制，所述可插拔共识模块为可插拔、可扩展的共识算法组合；节点可根据自身资源，应用场景、服务对象选择参与的共识机制进程。例如：云节点由于自身计算资源较多，可参与基于工作量证明的共识机制；端节点由于资源有限，可参与基于投票机制的共识模块。不同应用可维护不同的区块链，区块链之间可通过跨链技术实现互通。

作为上述技术方案的进一步改进，运行于各个节点的共识进程模块并行参与各自的共识机制进程。

作为上述技术方案的进一步改进，所述操作模块包括：

交易发起模块，用于当发起交易请求时，将交易请求信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中等待共识节点验证，如果验证通过，则所述交易请求信息被添加到区块链中；

交易响应模块，用于当响应交易请求时，根据验证通过的交易请求信息执行操作，将执行操作后的反馈信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中，宣告交易执行完毕。

参考图3，作为上述技术方案的进一步改进，所述区块链账本由区块头和区块体组成，从图3可看出，第n-1个区块链账本和第n个区块链账本之间通过区块头进行区块链账本信息的通信连接，所述区块体中保存有操作请求的信息，所述操作请求的信息包括：节点信息、元数据、控制数据、操作流程信息和执行结果信息；

所述节点信息包括：该节点的地址、公钥、节点类别(云节点、边缘节点或终端节点)和版本号；

所述元数据为用于描述操作请求的索引信息，索引信息一般包括数据提供者的信息、数据地址、数据类型和大小、数据采样周期等。索引数据是对原始数据的初步处理和提取，可以提高检索速率和数据利用率，元数据的引入进一步简化了所述控制数据和所述操作流程信息；

所述控制数据为用于描述操作请求包含的软/硬件处理信息；所述控制数据是操作请求的核心信息，是以元数据基础，进一步描述了对软/硬件的操作，例如：“将空调温度设定为27摄氏度”；

元数据和控制数据的协同存储使得本发明提供的实施例可支持面向大数据的应用部署，元数据和控制数据可根据应用选择以加密或明文的形式被存储。

所述操作流程信息为用于描述操作请求包含的分解步骤信息；所述操作流程信息是操作的分解步骤描述，例如空调温度调节需要每次调节1度，那么“将空调温度设定为27摄氏度”这一操作需要将空调从目前的温度多次上调或下调，直至空调温度达到27度，这一过程被记录在操作流程记录中；

所述执行结果信息为用于描述操作请求执行结果的反馈信息；所述执行结果信息是操作的反馈，用于核实和验证操作的正确性。

作为上述技术方案的进一步改进，所述存储池具体用于存储：原始数据、元数据、控制数据和区块链数据；

所述元数据和所述控制数据上文已做描述，所述原始数据为从端节点获取到的数据，从端节点获取到的数据未经任何处理，例如从温度传感器上实时上传的温度数据；所述区块链数据是在原始数据、元数据、控制数据基础上构建的新的数据结构，包含区块链本身以及区块链状态数据。

所述存储池中存储的数据可根据需要，以加密的形式被存储。

参考图4，本发明实施例还包括一种基于云边端的区块链控制方法，应用于上述任一所述的基于云边端的区块链控制系统，所述方法包括以下步骤：

步骤S100、获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源；

其中，所述节点类别为云节点、边缘节点或终端节点中任一种；

步骤S200、选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则执行步骤S300，如果选择不参与共识机制进程，则执行步骤S400；

步骤S300、从共识模组中选择所要参与的共识机制，参与所选择的共识机制进程，并执行步骤S400；

步骤S400、以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求。

作为上述技术方案的进一步改进，所述方法还包括：各个节点并行参与各自的共识机制进程。

作为上述技术方案的进一步改进，所述以区块链账本的形式发起操作请求，包括：

当发起交易请求时，将交易请求信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中等待共识节点验证，如果验证通过，则所述交易请求信息被添加到区块链中；

当响应交易请求时，根据验证通过的交易请求信息执行操作，将执行操作后的反馈信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中，宣告交易执行完毕。

尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (9)

1.一种基于云边端的区块链控制系统，应用于基于云边端的区块链网络，所述基于云边端的区块链网络由通信连接的云节点、边缘节点和端节点构成，其特征在于，所述系统包括：

节点资源配置模块，用于获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源，所述节点类别为云节点、边缘节点或端节点中任一种；

可插拔共识模块，用于选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则从共识模组中选择所要参与的共识机制，当选择不参与共识机制进程，或者选择好所要参与的共识机制时，完成初始化；

共识进程模块，用于当选择好所要参与的共识机制时，参与所选择的共识机制进程；

操作模块，用于在完成初始化后，以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求；

其中，所述云节点为数据中心，所述云节点配置有NFV模块和SDN模块，所述NFV模块用于实现网络动态安全监测，所述SDN模块用于实现区块链网络流量控制、数据可视化功能；

所述边缘节点为网络边缘基础设施，所述边缘节点配置有边缘控制器和存储池，所述边缘控制器用于：处理端节点的操作请求，将所述操作请求打包成区块链账本后上传至区块链，以及读取区块链账本，根据所述区块链账本向端节点下发操作请求；所述存储池用于存储数据；

所述端节点为运行在物联网终端的节点，所述端节点配置有数据采集、处理、存储、加密和传输功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于云边端的区块链控制系统，其特征在于，运行于各个节点的共识进程模块并行参与各自的共识机制进程。

3.根据权利要求1所述的一种基于云边端的区块链控制系统，其特征在于，所述操作模块包括：

交易发起模块，用于当发起交易请求时，将交易请求信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中等待共识节点验证，如果验证通过，则所述交易请求信息被添加到区块链中；

交易响应模块，用于当响应交易请求时，根据验证通过的交易请求信息执行操作，将执行操作后的反馈信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中，宣告交易执行完毕。

4.根据权利要求1所述的一种基于云边端的区块链控制系统，其特征在于，所述区块链账本由区块头和区块体组成，所述区块体保存有操作请求的信息，所述操作请求的信息包括：节点信息、元数据、控制数据、操作流程信息和执行结果信息；

所述节点信息包括：该节点的地址、公钥、节点类别和版本号；

所述元数据为用于描述操作请求的索引信息；

所述控制数据为用于描述操作请求包含的软件和/或硬件处理信息；

所述操作流程信息为用于描述操作请求包含的分解步骤信息；

所述执行结果信息为用于描述操作请求执行结果的反馈信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于云边端的区块链控制系统，其特征在于，所述存储池具体用于存储：原始数据、元数据、控制数据和区块链数据；

所述原始数据为从端节点获取到的数据，所述区块链数据是在原始数据、元数据、控制数据基础上构建的新的数据结构，包含区块链本身以及区块链状态数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于云边端的区块链控制系统，其特征在于，所述存储池中存储的数据以加密的形式被存储。

7.一种基于云边端的区块链控制方法，应用于权利要求1至6任一所述的基于云边端的区块链控制系统，其特征在于，所述方法包括：

获取节点类别，配置节点类别所对应的节点资源，所述节点类别为云节点、边缘节点或端节点中任一种；

选择是否参与共识机制进程，如果选择参与共识机制进程，则从共识模组中选择所要参与的共识机制，参与所选择的共识机制进程，当选择不参与共识机制进程，或者选择好所要参与的共识机制时，完成初始化；

在完成初始化后，以区块链账本的形式发起操作请求，所述操作请求包括交易请求或响应交易请求。

8.根据权利要求7所述的一种基于云边端的区块链控制方法，其特征在于，各个节点并行参与各自的共识机制进程。

9.根据权利要求7所述的一种基于云边端的区块链控制方法，其特征在于，所述以区块链账本的形式发起操作请求，包括：

当发起交易请求时，将交易请求信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中等待共识节点验证，如果验证通过，则所述交易请求信息被添加到区块链中；

当响应交易请求时，根据验证通过的交易请求信息执行操作，将执行操作后的反馈信息打包成区块链账本，并将该区块链账本发布到区块链中，宣告交易执行完毕。

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