CN112019349B - 一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法 - Google Patents

一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法，每个电力物联网终端分别属于各自所在的认证域，每个认证域各自维护一条认证区块链，部署于边缘物联代理服务器中的电力物联网系统维护一条公共认证区块链，认证域与公共认证区块链之间的跨域认证包括注册、跨域认证和跨域接入三个过程，本发明利用区块链不可篡改特性，从而保证认证数据安全可信的跨域传递，认证服务器部署在边缘侧，通过边缘物联代理进行跨链交易，保证了系统运行效率和安全性。

Description

一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法
技术领域
本发明涉及电力物联网安全领域，特别是涉及一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法。
背景技术
电力物联网是充分应用现代信息通信技术，实现电力系统各环节终端和主站互联、人机交互的信息系统，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活等特征，在电力生产的用户分配、计量、用电保护到售电服务、分布式发电、新能源并网、智能充电桩等应用场景中都起到了重要作用。
随着5G等信息通信技术的发展，电力物联网无论从终端功能还是组网规模都得到了飞速发展。大范围的组网和海量并发接入方式带来了接入鉴权、隐私保护、传感节点认证等方面的安全风险。
传统电力物联网系统中对接入终端的可信性保障主要依赖集中式的密钥管理，一旦密钥系统出现漏洞，会导致整个系统安全性的危机。随着分布式电源、可控负荷、增量配电网、物资服务的不断发展，物联网终端数据传输距离和数据量迅速增加，需要跨域数据共享的综合性业务不断涌现，集中化的接入认证手段已无法满足电力物联网源网荷储互动、物资精准供应等由多方参与的跨域业务系统信任需求。
本发明基于上述背景，利用跨链技术，实现了一种电力物联网跨域认证方法，该方法利用区块链不可篡改特性，从而保证认证数据安全可信的跨域传递，认证服务器部署在边缘侧，通过边缘物联代理进行跨链交易，保证了系统运行效率和安全性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法，利用区块链不可篡改特性，从而保证认证数据安全可信的跨域传递，认证服务器部署在边缘侧，通过边缘物联代理进行跨链交易，保证了系统运行效率和安全性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法，每个电力物联网终端分别属于各自所在的认证域，每个认证域各自维护一条认证区块链，部署于边缘物联代理服务器中的电力物联网系统维护一条公共认证区块链，认证域与公共认证区块链之间的跨域认证包括注册、跨域认证和跨域接入三个过程，电力物联网终端向本地认证域的认证区块链进行注册，通过注册实现电力物联网终端在本地域中的认证凭据生成；通过跨域验证是将本地认证区块链中存储的认证信息交换到公共认证区块链中；跨域接入是本地域中的电力物联网终端向边缘物联代理服务器发起对远程域的接入请求，远程域认证区块链通过认证后，对电力物联网终端的跨域接入请求进行认证和响应。
进一步，所述注册过程包括如下步骤：
步骤1，电力物联网终端根据出厂时写入的序列号为参数进行注册，电力物联网终端第一次加电运行时向本地域认证区块链节点发送注册请求，本地域认证区块链中智能合约启动注册流程，验证电力物联网终端的序列号是否合法，如果合法，进入步骤2，否则返回报错信息并退出；
步骤2，智能合约采用非对称加密算法，生成电力物联网终端的公钥、私钥以及生成电力物联网数字证书，并将公钥、私钥和数字证书发送给本地电力物联网终端；
步骤3，本地认证区块链使用共识算法，将本地电力物联网终端的公钥、证书、有效期信息打包成区块，存储到分布式账本中。
进一步，跨域认证过程包含以下步骤:
步骤1，本地域中电力物联网终端发起跨域认证请求，认证请求request＝{L-＞R,Cert}，其中，L为本地域标识，R为远程域标识，Cert为电力物联网终端的数字证书；
步骤2，通过智能合约触发本地认证区块链和公共认证区块链的跨链操作，将本地认证区块链的跨链交换信息交换到公共认证区块链中；跨链交换信息包含Hash(request||Cert||timestamp)，其中，Hash()为选定的哈希函数，timestamp为时间戳，其作用是界定跨链凭证的有效期；
步骤3，公共认证区块链通过智能合约发起分布式认证；
进一步，所述分布式认证的方法为：
步骤3.1，选取符合认证阈值数量的边缘物联代理服务器，组成认证组；
步骤3.2，在认证组内的服务器中运行分布式认证共识算法，对跨域认证请求进行审核，审核通过的跨域请求记录到公共认证链的分布式账本中。
进一步，分布式认证共识算法，包括如下步骤：
S1，认证组中节点选举产生一个排序节点负责统计认证投票信息；
S2，认证组节点根据电力物联网业务和认证凭据进行投票，投票结果提交给排序节点；
S3，认证组节点根据在线时长、活跃程度、历史行为不同具有不同的投票权限；排序节点对于通过分布式认证共识算法的跨域认证请求生成认证凭证，并生成对应的区块。
进一步，跨域接入过程包含以下步骤:
步骤1：本地电力物联网终端向本地边缘物联代理服务器发起对远程域的接入请求；
步骤2：边缘物联代理服务器运行智能合约，在公共认证链的分布式账本中查询电力物联网终端的跨域权限，如果查询不到返回报错信息并退出，否则，转到步骤3；
步骤3：公共认证链通过智能合约发起对远程认证区块链的跨链操作，将查询到的认证凭证数据传递到远程认证区块链，实现认证权限的下发，认证凭证存储到远程认证区块链的分布式账本中。远程认证区块链具有了对电力物联网终端的跨域认证能力；
步骤4：远程域中节点通过查询所属域的分布式账本，可得到认证信息，实现对电力物联网终端的跨域认证。
本发明的有益效果：
本发明提出的电力物联网跨域认证方法中，电力物联网终端认证信息保存在各自域的侧链中，认证信息包括系终端标识、公钥证书、时间戳、权限标识等。在本地认证区块链中，所有结点的认证信息都是共识的，并通过数字签名的方式进行鉴权。区块链中数据的一致性保证了恶意结点很容易被发现，因此侧链中的认证信息具有公信的权威性，可以进行域间传递。
附图说明
图1是基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法示意图；
图2基于跨链的认证信息流程图。
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于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，每个电力物联网终端分别属于各自所在的认证域，每个认证域各自维护一条认证区块链，部署于边缘物联代理服务器中的电力物联网系统维护一条公共认证区块链，认证域与公共认证区块链之间通过注册、跨域认证和跨域接入三个过程，实现电力物联网跨域认证。
注册过程包含以下步骤:
步骤1，电力物联网终端向本地认证域的认证区块链进行注册。具体如下:电力物联网终端根据出厂时写入的序列号为参数进行注册。电力物联网终端第一次加电运行时向本地域认证区块链节点发送注册请求，本地域认证区块链中智能合约启动注册流程，验证电力物联网终端的序列号是否合法，如果合法，进入步骤2，否则返回报错信息并退出。
步骤2，智能合约采用非对称加密算法，生成电力物联网终端的公钥、私钥以及生成电力物联网数字证书，并将公钥、私钥和数字证书发送给本地电力物联网终端。
步骤3，本地认证区块链使用共识算法，将本地电力物联网终端的公钥、证书、有效期信息打包成区块，存储到分布式账本中。
跨域认证过程包含以下步骤:
步骤1：本地域中电力物联网终端发起跨域认证请求，格式为：request＝{L-＞R,Cert}，其中，L为本地域标识，R为远程域标识，Cert为电力物联网终端的数字证书。
步骤2：通过智能合约触发本地认证区块链和公共认证区块链的跨链操作，将本地认证区块链的跨链交换信息交换到公共认证区块链中。其中，跨链交换信息包含Hash(request||Cert||timestamp)，其中，Hash()为选定的哈希函数，timestamp为时间戳，其作用是界定跨链凭证的有效期。
步骤3：公共认证区块链通过智能合约发起分布式认证。具体如下：首先选取符合认证阈值数量的边缘物联代理服务器，组成认证组。其次，在认证组内的服务器中运行分布式认证共识算法，对跨域认证请求进行审核，审核通过的跨域请求记录到公共认证链的分布式账本中。
上述分布式认证共识算法是一种基于PBFT共识算法的改进算法，该共识算法将认证过程和共识投票过程相结合，每个节点只对自己认证通过的节点投赞成票，超过阈值数量的赞成票表明通过共识算法。具体过程为：
S1，认证组中节点选举产生一个排序节点负责统计认证投票信息。
S2，认证组节点根据电力物联网业务和认证凭据进行投票，投票结果提交给排序节点。
S3，认证组节点根据在线时长、活跃程度、历史行为不同具有不同的投票权限。排序节点对于通过分布式认证共识算法的跨域认证请求生成认证凭证，并生成对应的区块。
跨域接入过程包含以下步骤:
步骤1：本地电力物联网终端向本地边缘物联代理服务器发起对远程域的接入请求。
步骤2：边缘物联代理服务器运行智能合约，在公共认证链的分布式账本中查询电力物联网终端的跨域权限，如果查询不到返回报错信息并退出，否则，转到步骤3。
步骤3：公共认证链通过智能合约发起对远程认证区块链的跨链操作，将查询到的认证凭证数据传递到远程认证区块链，实现认证权限的下发，认证凭证存储到远程认证区块链的分布式账本中。远程认证区块链具有了对电力物联网终端的跨域认证能力。
步骤4：远程域中节点通过查询所属域的分布式账本，可得到认证信息，实现对电力物联网终端的跨域认证。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于跨链技术的电力物联网跨域认证方法，其特征在于，每个电力物联网终端分别属于各自所在的认证域，每个认证域各自维护一条认证区块链，部署于边缘物联代理服务器中的电力物联网系统维护一条公共认证区块链，认证域与公共认证区块链之间的跨域认证包括注册、跨域认证和跨域接入三个过程，电力物联网终端向本地认证域的认证区块链进行注册，通过注册实现电力物联网终端在本地域中的认证凭据生成；通过跨域验证是将本地认证区块链中存储的认证信息交换到公共认证区块链中；跨域接入是本地域中的电力物联网终端向边缘物联代理服务器发起对远程域的接入请求，远程域认证区块链通过认证后，对电力物联网终端的跨域接入请求进行认证和响应；
所述注册过程包括如下步骤：
步骤1，电力物联网终端根据出厂时写入的序列号为参数进行注册，电力物联网终端第一次加电运行时向本地域认证区块链节点发送注册请求，本地域认证区块链中智能合约启动注册流程，验证电力物联网终端的序列号是否合法，如果合法，进入步骤2，否则返回报错信息并退出；
步骤2，智能合约采用非对称加密算法，生成电力物联网终端的公钥、私钥以及生成电力物联网数字证书，并将公钥、私钥和数字证书发送给本地电力物联网终端；
步骤3，本地认证区块链使用共识算法，将本地电力物联网终端的公钥、证书、有效期信息打包成区块，存储到分布式账本中；
跨域认证过程包含以下步骤:
步骤1，本地域中电力物联网终端发起跨域认证请求，认证请求request＝{L-＞R,Cert}，其中，L为本地域标识，R为远程域标识，Cert为电力物联网终端的数字证书；
步骤2，通过智能合约触发本地认证区块链和公共认证区块链的跨链操作，将本地认证区块链的跨链交换信息交换到公共认证区块链中；跨链交换信息包含Hash(request||Cert||timestamp)，其中，Hash()为选定的哈希函数，timestamp为时间戳，其作用是界定跨链凭证的有效期；
步骤3，公共认证区块链通过智能合约发起分布式认证；
所述分布式认证的方法为：
步骤3.1，选取符合认证阈值数量的边缘物联代理服务器，组成认证组；
步骤3.2，在认证组内的服务器中运行分布式认证共识算法，对跨域认证请求进行审核，审核通过的跨域请求记录到公共认证链的分布式账本中；
分布式认证共识算法，包括如下步骤：
S1，认证组中节点选举产生一个排序节点负责统计认证投票信息；
S2，认证组节点根据电力物联网业务和认证凭据进行投票，投票结果提交给排序节点；
S3，认证组节点根据在线时长、活跃程度、历史行为不同具有不同的投票权限；排序节点对于通过分布式认证共识算法的跨域认证请求生成认证凭证，并生成对应的区块；
跨域接入过程包含以下步骤:
步骤1：本地电力物联网终端向本地边缘物联代理服务器发起对远程域的接入请求；
步骤2：边缘物联代理服务器运行智能合约，在公共认证链的分布式账本中查询电力物联网终端的跨域权限，如果查询不到返回报错信息并退出，否则，转到步骤3；
步骤3：公共认证链通过智能合约发起对远程认证区块链的跨链操作，将查询到的认证凭证数据传递到远程认证区块链，实现认证权限的下发，认证凭证存储到远程认证区块链的分布式账本中；远程认证区块链具有了对电力物联网终端的跨域认证能力；
步骤4：远程域中节点通过查询所属域的分布式账本，可得到认证信息，实现对电力物联网终端的跨域认证。
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