CN112084529A - 用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数据安全与应急管理技术领域，尤其涉及一种用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法和系统。本方法将社区居民、管理人员、数据采集终端设备、数据库在社区网络中分别注册为用户节点、管理节点、终端节点、存储节点，抽取一部分用户节点与管理节点作为共识节点，建立终端节点与存储节点之间的数据上传流程，建立用户节点与存储节点之间的数据访问流程，建立管理节点与存储节点之间的数据操作流程，让共识节点对数据上传、访问、操作过程产生的记录利用区块链网络进行共识。本发明方法可匹配不同类型的数据库，实现数据来源及去向的可溯源，保护数据不被随意篡改，在社区居民与社区管理机构之间建立一个可信的数据流通环境。

Description

用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法和系统
技术领域
本发明属于数据安全与应急管理技术领域，尤其涉及一种用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法和系统。
背景技术
当前的社区管理十分依靠各类数据来进行，这些数据主要有以下来源：(1)社区管理人员手动采集；(2)社区居民主动上报；(3)电子监控、水电传感器等各类电子设备被动采集。同时，在未来的智慧社区建设中，大量物联网设备将会在社区中被广泛使用，也会产生大量的数据。此外，在突发事件情境下，如疫情期间，社区中的数据量及数据需求都会激增。庞大的数据支持为社区日常管理提供便利，也为社区应急管理提供决策支持，但同时也带来了诸多数据安全上的风险。如何安全高效地对这些多源异构数据进行管理，已经成为数据安全与社区应急管理领域研究的重要课题。
大数据平台为数据集成与融合提供了一种解决方案，各类数据接入到同一平台中，统一管理。其数据的安全性主要依赖于所搭建的数据库的安全性，数据的隐私性依赖于数据从采集到存储过程中的加密手段。中心化的数据存储在遭受网络攻击时，其数据泄露的风险远高于分布式数据存储。同时，智慧社区大数据平台还将承载大量的物联网设备，一旦主节点遭受攻击，其链接的物联网设备也将暴露在网络攻击之下，给数据的安全性与隐私性带来了极大的考验。数据中心化还会产生信任问题，用户数据经过主动上报或被动采集后，用户将不再对自身数据拥有控制力，主要体现在：(1)用户不知道数据存储在何处及其去向；(2)用户不知道数据将会被如何分析与处理；(3)用户不知道数据将会被哪些人访问与操作。另一方面，数据管理方却近乎拥有无限的权利，可以对数据进行任何处置。然而在采集、共享、存储、分析过程中却存在诸多管理漏洞，例如未限制数据访问权限、未进行个人信息去标识化处理等，极易造成隐私泄露问题。这些担忧让也民众在数据采集过程中不愿意主动配合或透露过多个人信息，造成了数据采集上的困难。因此，需要找到一种数据加密方法，在满足管理方的数据采集需求的同时，平衡好数据的安全性与隐私性，并解决用户的信任问题。
经技术检索与调研，区块链相关技术能有效满足上述需求，其分布式数据结构能解决单一节点的脆弱性问题，提高系统鲁棒性；智能合约与链码技术能实现数据访问的自动化，减少人工审核重复繁琐的工作量；此外，区块链的链状特性让数据的操作可溯源，保证数据不被随意篡改，同时用户也能获知自身数据去向。在目前的方法与技术调研结果中，未发现有用于社区的基于区块链的隐私数据加密访问方法与技术。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法和系统，以解决社区数据管理中的安全性与隐私性问题，在社区管理部门与社区居民之间建立一个互信的数据流通环境。
本发明提出的用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法，包括以下步骤：
(1)社区管理人员将社区中的数据采集终端注册为社区网络中的终端节点，将社区中的数据库注册为社区网络中的存储节点，将社区居民注册为社区网络中的用户节点，将社区管理人员注册为社区网络中的管理节点，并分别为终端节点、存储节点、用户节点和管理节点分配一个唯一标识符“节点ID”，为用户节点分配数据访问权限，限定用户节点允许访问的数据内容，为管理节点分配数据操作权限，限定管理节点允许操作的数据内容；
(2)管理节点定期从步骤(1)的多个用户节点和多个管理节点中随机抽取部分用户节点和管理节点，并将该部分用户节点和管理节点注册为共识节点，同时，社区管理人员定期从已注册的共识节点中随机抽取部分共识节点，取消该部分共识节点的共识节点身份；
(3)终端节点采集社区网络中的各类数据，并向存储节点上传数据；
(4)用户节点根据自身需求访问存储节点中的数据，管理节点根据用户节点自身需求对存储节点中的数据进行操作；
(5)共识节点对步骤(3)和步骤(4)中产生的数据上传、访问、操作记录进行共识过程。
上述隐私数据访问方法的步骤(1)中，终端节点包括：社区监控摄像头、水表、电表、燃气表、烟雾报警器、物联网设备、社区中的管理人员和社区居民。
上述隐私数据访问方法的步骤(1)中，存储节点包括：
(1)监控视频数据库，用于存储社区中的监控摄像头拍摄的视频数据和图片数据；
(2)静态数据库，用于存储社区中的各类静态数据，包括建筑道路信息、水电燃气管道线路信息；
(3)传感器数据库，用于存储部署在社区中的各类传感器的实时数据，包括水表、电表和燃气表记录的数据；
(4)社区居民数据库，用于存储与社区居民相关的数据，包括姓名、性别、年龄、身份证号、住址、联系方式和健康状况；
(5)物联网设备数据库，用于存储社区中部署的物联网设备数据，包括智能门禁和安保机器人采集的数据；
上述隐私数据访问方法的步骤(3)中，数据上传过程为：
(1)终端节点将监控摄像头采集到的数据上传至存储节点中的监控视频数据库，将水表、电表、燃气表记录的数据上传至存储节点中的传感器数据库，将社区管理人员采集的建筑道路信息、水电燃气管道线路信息上传至存储节点中的静态数据库，将居民主动上报的个人信息上传至存储节点中的社区居民数据库，将物联网设备采集到的数据上传至存储节点中的物联网设备数据库；
(2)存储节点将终端节点上传的数据进行保存，定期生成数据上传日志，数据上传日志内容包括“终端节点ID”、“上传时间”、“存储地址”和“数据标签”，并将生成的数据上传日志发送至服务器端；
(3)服务器端收到数据上传日志后，将数据上传日志存储至服务端的数据管理器中的日志池中。
上述隐私数据访问方法的步骤(4)中，用户节点访问存储节点中的数据的流程为：
(1)用户节点在移动端上填写数据访问需求，包括：数据类型、数据内容和访问目的；
(2)移动端为用户节点生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户节点保管，移动端将密钥对中的公钥与用户节点填写的数据访问需求一起发送至服务器端；
(3)服务器端接收到用户数据访问需求后，根据规定的用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知，若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端；
(4)服务器端生成数据访问日志，数据访问日志内容包括“访问用户节点ID”、“访问时间”、“访问内容”和“访问目的”，将生成的数据访问日志存储至服务器端的数据管理器中的日志池中；
(5)用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容。
上述隐私数据访问方法的步骤(4)中，管理节点对存储节点中数据进行操作的流程为：
(1)管理节点在服务器端提交数据操作说明，选择所需操作的数据；
(2)服务器端根据管理节点的数据操作权限判断管理节点是否有权操作管理节点请求操作的数据内容，若无此权限，则向管理节点发送“无权操作”的消息通知；若管理节点满足权限，则在存储节点中检索管理节点请求访问的数据内容，并将检索得到的数据内容暂存至服务器端，管理节点对服务器端的该数据进行查看或修改；
(3)服务器端将步骤(2)中由管理节点修改后的数据保存至存储节点，服务器端生成数据操作日志，数据操作日志包括“管理节点ID”、“操作时间”、“操作数据标签”和“操作内容摘要”，并将生成的数据操作日志存储在服务器端数据管理器中的日志池中。
上述隐私数据访问方法的步骤(5)中，共识节点进行的共识过程为：
(1)服务器端的数据管理器日志池中的日志文件达到设定数量后，将日志池中所有日志文件发送至社区网络中的所有共识节点；
(2)共识节点收到日志文件后，将日志文件保存本共识节点的日志池中，并从本共识节点的日志池中随机抽取部分日志文件，并按照梅克尔树结构，将该部分日志文件生成树根哈希值Hash_root；
(3)共识节点获取前一个区块的哈希值Hash_pre，前一个区块为上一轮共识过程中生成的区块，若前一个区块不存在，则将Hash_pre设为0；
(4)选择一个随机数Nonce，将该随机数Nonce与“日志树根哈希值Hash_root”、“前一个区块的哈希值Hash_pre”、“区块生成时间ts”组成一个区块头，利用哈希算法，计算该区块头的哈希值Hash_block，将该区块头的哈希值Hash_block与一个指定的大整数Num进行比较，Num可以为一个256位长度的大整数，若该区块头的哈希值Hash_block大于该大整数Num,则选择一个新的随机数，重复执行步骤(4)，直至该区块头的哈希值Hash_block小于或等于该大整数Num；
(5)共识节点将步骤(4)中生成的区块头与步骤(2)中抽取的部分日志文件打包成一个区块，区块头哈希值Hash_block成为本区块的哈希值，将该区块发送至社区网络中的其他所有共识节点；
(6)其他共识节点收到步骤(5)的区块后，验证区块的有效性，包括：验证区块的哈希值是否小于指定大整数，以及日志文件中是否含有与日志树根相匹配的哈希值，当被验证的区块的哈希值小于指定大整数，且日志文件中含有与日志树根相匹配的哈希值，则通过验证；
(7)区块验证通过后，共识节点将区块添加至本共识节点的区块链文件中，结束本轮共识。
本发明提出的用于社区的基于区块链技术的隐私数据访问系统，包括社区网络、服务器端和移动端，其中：
社区网络，由社区中的各类节点以及节点之间的网络关系构成，所述节点包括：
终端节点，包括社区监控摄像头、水表、电表、燃气表、烟雾报警器、物联网设备、社区管理人员以及社区居民，用于进行数据采集；存储节点，包括监控视频数据库、静态数据库、传感器数据库、社区居民数据库、物联网设备数据库，用于进行数据存储；用户节点，由社区居民注册而成；管理节点，由社区管理人员而成；共识节点，从用户节点和管理节点中随机抽取出一部分节点组成，用于进行数据共识过程；节点之间的网络关系为：监控摄像头终端节点通过网线与监控视频数据库存储节点建立网络关系；物联网设备终端节点通过4G/5G信号与物联网数据库存储节点建立无线网络关系；水表、电表、燃气表、烟雾报警器终端节点通过信号线路与信号处理终端连接，再由网线或无线网络与传感器数据库建立网络关系；所有存储节点通过网线与部署社区数据管理系统的服务器建立网络连接；社区居民或社区管理人员通过移动端设备与部署社区数据管理系统的服务器建立网络连接；
移动端，用于为用户节点提供访问社区数据的途径，用户节点在安装在移动端的社区数据访问程序中填写包含“数据类型”、“数据内容”、“访问目的”的数据访问请求，社区数据访问程序将为用户生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户保管，私钥将与用户节点填写的数据访问请求打包发送至服务器端。服务器端接收到用户数据访问需求后，根据用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知；若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端；服务器端生成数据访问日志，日志内容包括“访问用户节点ID”、“访问时间”、“访问内容”、“访问目的”，将生成的数据访问存储至服务器端的数据管理器中的日志池中；用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容；
服务器端，用于管理社区网络中的节点。社区管理人员在部署在服务器端的社区数据管理程序中将社区中的数据采集终端注册为社区网络中的终端节点，将社区中的数据库注册为社区网络中的存储节点，将社区居民注册为社区网络中的用户节点，将社区管理人员注册为社区网络中的管理节点，并分别为终端节点、存储节点、用户节点和管理节点分配一个唯一标识符“节点ID”，为用户节点分配数据访问权限，限定用户节点允许访问的数据内容，为管理节点分配数据操作权限，限定管理节点允许操作的数据内容。服务器端提供管理节点操作存储节点数据的途径。管理节点在服务器端提交数据操作说明，选择所需操作的数据。服务器端根据管理节点的数据操作权限判断管理节点是否有权操作管理节点请求操作的数据内容，若无此权限，则向管理节点发送“无权操作”的消息通知。若管理节点满足权限，则在存储节点中检索管理节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容暂存至服务器端，管理节点对服务器端的这部分数据进行查看或修改。服务器端将管理节点修改后的数据保存至存储节点，服务器端生成数据操作日志，日志内容包括“管理节点ID”、“操作时间”、“操作数据标签”、“操作内容摘要”，将生成的数据操作日志存储至服务器端的数据管理器中的日志池中。
本发明提出的用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法和系统，其优点是：
本发明的基于区块链技术的隐私数据加密访问方法和系统，在社区网络中，将社区中的社区居民、管理人员、数据采集终端设备、数据库注册为节点，让数据的上传、存储、访问、操作过程均可以关联到相应的设备或人，从而实现数据上传的可溯源、数据存储的易检索以及数据访问与操作的留痕。本发明方法使用分布式数据存储方案代替集中式数据存储方案提高了数据存储的安全性，降低单个节点遭受攻击泄露大量数的风险，同时也提高了系统对于不同数据库的兼容性。本方法在数据访问过程中使用密钥对加密技术，让数据只能被指定的人访问，维护数据的隐私性。对数据上传、访问、操作过程产生的日志记录进行共识过程，通过建立日志文件的哈希二叉树实现日志文件的快速比对与验证。区块一经生成，全网所有共识节点都会对其进行验证，验证通过后所有节点都将保存这个区块，利用这种节点数据的一致性保证数据无法被篡改。通过区块之间链状的数据结构让每一条记录均可溯源，用户可以查询到与他关联的数据存储地点、被何人访问与操作过，从而实现对隐私数据的监管，在社区居民与社区管理机构之间建立一个可信的数据流通环境。
附图说明
图1为本发明提出的用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问系统结构框图。
图2为根据本发明的一个实例的社区数据平台节点架构图。
图3为根据本发明的一个实例的数据上传流程图。
图4为根据本发明的一个实例的数据访问流程图。
具体实施方式
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或从本发明的实践中了解到。
本发明提出的用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法，包括以下步骤：
(1)社区管理人员将社区中的数据采集终端注册为社区网络中的终端节点，将社区中的数据库注册为社区网络中的存储节点，将社区居民注册为社区网络中的用户节点，将社区管理人员注册为社区网络中的管理节点，并分别为终端节点、存储节点、用户节点和管理节点分配一个唯一标识符“节点ID”，为用户节点分配数据访问权限，限定用户节点允许访问的数据内容，为管理节点分配数据操作权限，限定管理节点允许操作的数据内容；
(2)管理节点定期从步骤(1)的多个用户节点和多个管理节点中随机抽取部分用户节点和管理节点，并将该部分用户节点和管理节点注册为共识节点，同时，社区管理人员定期从已注册的共识节点中随机抽取部分共识节点，取消该部分共识节点的共识节点身份；
(3)终端节点采集社区网络中的各类数据，并向存储节点上传数据；
(4)用户节点根据自身需求访问存储节点中的数据，管理节点根据用户节点自身需求对存储节点中的数据进行操作；
(5)共识节点对步骤(3)和步骤(4)中产生的数据上传、访问、操作记录进行共识过程。
上述隐私数据访问方法的步骤(1)中，终端节点包括：社区监控摄像头、水表、电表、燃气表、烟雾报警器、物联网设备、社区中的管理人员和社区居民。
上述隐私数据访问方法的步骤(1)中，存储节点包括：
(1)监控视频数据库，用于存储社区中的监控摄像头拍摄的视频数据和图片数据；
(2)静态数据库，用于存储社区中的各类静态数据，包括建筑道路信息、水电燃气管道线路信息；
(3)传感器数据库，用于存储部署在社区中的各类传感器的实时数据，包括水表、电表和燃气表记录的数据；
(4)社区居民数据库，用于存储与社区居民相关的数据，包括姓名、性别、年龄、身份证号、住址、联系方式和健康状况；
(5)物联网设备数据库，用于存储社区中部署的物联网设备数据，包括智能门禁和安保机器人采集的数据；
上述隐私数据访问方法的步骤(3)中，数据上传过程为：
(1)终端节点将监控摄像头采集到的数据上传至存储节点中的监控视频数据库，将水表、电表、燃气表记录的数据上传至存储节点中的传感器数据库，将社区管理人员采集的建筑道路信息、水电燃气管道线路信息上传至存储节点中的静态数据库，将居民主动上报的个人信息上传至存储节点中的社区居民数据库，将物联网设备采集到的数据上传至存储节点中的物联网设备数据库；
(2)存储节点将终端节点上传的数据进行保存，定期生成数据上传日志，数据上传日志内容包括“终端节点ID”、“上传时间”、“存储地址”和“数据标签”，并将生成的数据上传日志发送至服务器端；
(3)服务器端收到数据上传日志后，将数据上传日志存储至服务端的数据管理器中的日志池中。
上述隐私数据访问方法的步骤(4)中，用户节点访问存储节点中的数据的流程为：
(1)用户节点在移动端上填写数据访问需求，包括：数据类型、数据内容和访问目的；
(2)移动端为用户节点生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户节点保管，移动端将密钥对中的公钥与用户节点填写的数据访问需求一起发送至服务器端；
(3)服务器端接收到用户数据访问需求后，根据规定的用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知，若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端；
(4)服务器端生成数据访问日志，数据访问日志内容包括“访问用户节点ID”、“访问时间”、“访问内容”和“访问目的”，将生成的数据访问日志存储至服务器端的数据管理器中的日志池中；
(5)用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容。
上述隐私数据访问方法的步骤(4)中，管理节点对存储节点中数据进行操作的流程为：
(1)管理节点在服务器端提交数据操作说明，选择所需操作的数据；
(2)服务器端根据管理节点的数据操作权限判断管理节点是否有权操作管理节点请求操作的数据内容，若无此权限，则向管理节点发送“无权操作”的消息通知；若管理节点满足权限，则在存储节点中检索管理节点请求访问的数据内容，并将检索得到的数据内容暂存至服务器端，管理节点对服务器端的该数据进行查看或修改；
(3)服务器端将步骤(2)中由管理节点修改后的数据保存至存储节点，服务器端生成数据操作日志，数据操作日志包括“管理节点ID”、“操作时间”、“操作数据标签”和“操作内容摘要”，并将生成的数据操作日志存储在服务器端数据管理器中的日志池中。
上述隐私数据访问方法的步骤(5)中，共识节点进行的共识过程为：
(1)服务器端的数据管理器日志池中的日志文件达到设定数量后，将日志池中所有日志文件发送至社区网络中的所有共识节点；
(2)共识节点收到日志文件后，将日志文件保存本共识节点的日志池中，并从本共识节点的日志池中随机抽取部分日志文件，并按照梅克尔树结构，将该部分日志文件生成树根哈希值Hash_root；
(3)共识节点获取前一个区块的哈希值Hash_pre，前一个区块为上一轮共识过程中生成的区块，若前一个区块不存在，则将Hash_pre设为0；
(4)选择一个随机数Nonce，将该随机数Nonce与“日志树根哈希值Hash_root”、“前一个区块的哈希值Hash_pre”、“区块生成时间ts”组成一个区块头，利用哈希算法，计算该区块头的哈希值Hash_block，将该区块头的哈希值Hash_block与一个指定的大整数Num进行比较，Num可以为一个256位长度的大整数，若该区块头的哈希值Hash_block大于该大整数Num,则选择一个新的随机数，重复执行步骤(4)，直至该区块头的哈希值Hash_block小于或等于该大整数Num；
(5)共识节点将步骤(4)中生成的区块头与步骤(2)中抽取的部分日志文件打包成一个区块，区块头哈希值Hash_block成为本区块的哈希值，将该区块发送至社区网络中的其他所有共识节点；
(6)其他共识节点收到步骤(5)的区块后，验证区块的有效性，包括：验证区块的哈希值是否小于指定大整数，以及日志文件中是否含有与日志树根相匹配的哈希值，当被验证的区块的哈希值小于指定大整数，且日志文件中含有与日志树根相匹配的哈希值，则通过验证；
(7)区块验证通过后，共识节点将区块添加至本共识节点的区块链文件中，结束本轮共识。
图1为本发明提出的用于社区的基于区块链技术的隐私数据访问系统结构框图，包括社区网络、服务器端和移动端，其中：
社区网络，由社区中的各类节点以及节点之间的网络关系构成，节点是指在本系统中运作的一个基本单元，它既可以是设备，也可以是人，其最主要的特征为具有唯一标识，在系统中定义为“ID”。负责数据采集的单元为终端节点，终端节点可通过数据记录媒介采集图像、音频、视频、文字、电子信号等数据文件，并利用网络或其他信息传输工具将数据上传至存储单元；进行数据存储的单元为存储节点，利用物理介质对数据进行长期的保存，并通过数据库软件对数据进行管理；用户节点，由社区居民注册而成；管理节点，由社区管理人员而成；共识节点，从用户节点和管理节点中随机抽取出一部分节点组成，用于进行数据共识过程，同时可调用区块链内部接口查看区块数据，监督日志文件，保证数据的上传、访问、操作记录不可篡改。
图2为本发明的一个实施例的社区数据平台节点架构图。其中，社区中的监控摄像头在社区网络中注册为监控视频终端节点A1-Aq，监控视频数据库注册为监控视频存储节点D1，节点中包括两个子数据库系统d1A与d1B，终端节点向存储节点D1加密上传视频数据，保存在数据库d1A中。终端节点Cj代表社区中的其他类型的数据采集终端，向其对应点存储节点Di上传数据，保存在数据库di中。社区居民在社区网络中注册为用户节点U1-Un,社区管理人员注册为管理节点P1-Pm，从用户节点和管理节点中抽取一部分节点作为共识节点C1-Co。服务器端的数据管理器负责管理各节点之间的通讯。
移动端，用于为用户节点提供访问社区数据的途径。如图4所示，用户节点在安装在移动端的社区数据访问程序中填写包含“数据类型”、“数据内容”、“访问目的”的数据访问请求，社区数据访问程序将为用户生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户保管，私钥将与用户节点填写的数据访问请求打包发送至服务器端。服务器端接收到用户数据访问需求后，根据用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知；若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端；服务器端生成数据访问日志，日志内容包括“访问用户节点ID”、“访问时间”、“访问内容”、“访问目的”，将生成的数据访问存储至服务器端的数据管理器中的日志池中；用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容；
服务器端，用于管理社区网络中的节点。社区管理人员在部署在服务器端的社区数据管理程序中将社区中的数据采集终端注册为社区网络中的终端节点，将社区中的数据库注册为社区网络中的存储节点，将社区居民注册为社区网络中的用户节点，将社区管理人员注册为社区网络中的管理节点，并分别为终端节点、存储节点、用户节点和管理节点分配一个唯一标识符“节点ID”，为用户节点分配数据访问权限，限定用户节点允许访问的数据内容，为管理节点分配数据操作权限，限定管理节点允许操作的数据内容。服务器端提供管理节点操作存储节点数据的途径。管理节点在服务器端提交数据操作说明，选择所需操作的数据。服务器端根据管理节点的数据操作权限判断管理节点是否有权操作管理节点请求操作的数据内容，若无此权限，则向管理节点发送“无权操作”的消息通知。若管理节点满足权限，则在存储节点中检索管理节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容暂存至服务器端，管理节点对服务器端的这部分数据进行查看或修改。服务器端将管理节点修改后的数据保存至存储节点，服务器端生成数据操作日志，日志内容包括“管理节点ID”、“操作时间”、“操作数据标签”、“操作内容摘要”，将生成的数据操作日志存储至服务器端的数据管理器中的日志池中。
实施例1
利用社区隐私数据访问系统进行数据上传。监控摄像头终端节点将采集到的数据通过网络加密上传至存储节点，保存至监控视频存储节点中的监控视频数据库中(如图2所示)。存储节点定期向数据管理器发送数据摘要(如图3所示)，数据管理器将数据摘要整理为检索字典并生成数据上传日志，将数据上传日志发送至数据上传日志发送至日志池，打包成日志区块，并将生成的区块向区块链网络中的其他共识节点广播，其他节点将验证区块内容的合法性，如果验证不通过，则丢弃区块，重新进行一轮共识过程；验证通过后，所有共识节点将接受这个新生成的区块并将其保存至共识节点的区块链数据中。通过这一套完整的数据上传流程，存储节点中保存的每一条数据均可以溯源至相应的终端节点。由于每个存储节点只保存与之相连的终端节点上传的数据，各个存储节点之间彼此独立，因此当单个存储节点遭受攻击时，不会暴露其他存储节点中的数据，从而降低了数据泄露的风险。并且，由于所以共识节点均保存了一份完整的数据上传日志，因此所有数据上传记录均是不可篡改的，每条记录均真实有效。
实施例2
利用社区隐私数据访问系统进行数据访问。用户节点在安装在移动端的社区数据访问程序中填写数据访问请求，社区数据访问程序将为用户生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户保管，私钥将与用户节点填写的数据访问请求打包发送至服务器端的数据管理器。数据管理器接收到用户数据访问需求后，根据用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知；若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端(如图4所示)；用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容；服务器端生成数据访问日志，将生成的数据访问存储至服务器端的数据管理器中的日志池中，由共识节点打包成区块后向其他节点广播，其他节点将验证区块内容的合法性，如果验证不通过，则丢弃区块，重新进行一轮共识过程；验证通过后，所有共识节点将接受这个新生成的区块并将其保存至共识节点的区块链数据中，并向用户节点发送通知：“已记录本次数据访问行为”。通过这一套完整的数据访问流程，用户可以向社区提出合理的数据访问请求并查看所需的数据。由于服务器端向用户节点发送的数据是经过用户公钥加密过的，因而可以保证这份数据只能被持有对应私钥的用户节点解密与查看，避免数据在传输过程中遭到拦截与窃取。由于所以共识节点均保存了一份完整的数据上传日志，因此所有数据访问记录均是不可篡改的，用户无法绕开系统的监督进行数据访问，也不能对自己数据访问行为产生的记录进行篡改。这种透明化的数据流通过程将有效地实行对隐私数据的监管，在社区居民与社区管理机构之间建立一个可信的数据流通环境。
以上具体实施过程证明了本发明的可靠性、准确性和可行性，但本系统和控制方法并不局限于上述一种情况，用户还可以根据实际需求加入不同的终端节点，以满足各类社区隐私数据的加密需求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施步骤，可以理解的是，上述实施方式描述是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施步骤进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于社区的基于区块链技术隐私数据加密访问方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)社区管理人员将社区中的数据采集终端注册为社区网络中的终端节点，将社区中的数据库注册为社区网络中的存储节点，将社区居民注册为社区网络中的用户节点，将社区管理人员注册为社区网络中的管理节点，并分别为终端节点、存储节点、用户节点和管理节点分配一个唯一标识符“节点ID”，为用户节点分配数据访问权限，限定用户节点允许访问的数据内容，为管理节点分配数据操作权限，限定管理节点允许操作的数据内容；
(2)管理节点定期从步骤(1)的多个用户节点和多个管理节点中随机抽取部分用户节点和管理节点，并将该部分用户节点和管理节点注册为共识节点，同时，社区管理人员定期从已注册的共识节点中随机抽取部分共识节点，取消该部分共识节点的共识节点身份；
(3)终端节点采集社区网络中的各类数据，并向存储节点上传数据；
(4)用户节点根据自身需求访问存储节点中的数据，管理节点根据用户节点自身需求对存储节点中的数据进行操作；
(5)共识节点对步骤(3)和步骤(4)中产生的数据上传、访问、操作记录进行共识过程。
2.如权利要求1所述隐私数据访问方法，其特征在于，所述步骤(1)中的终端节点包括：社区监控摄像头、水表、电表、燃气表、烟雾报警器、物联网设备、社区中的管理人员和社区居民。
3.如权利要求1所述的隐私数据访问方法，其特征在于，所述步骤(1)中存储节点包括：
(1)监控视频数据库，用于存储社区中的监控摄像头拍摄的视频数据和图片数据；
(2)静态数据库，用于存储社区中的各类静态数据，包括建筑道路信息、水电燃气管道线路信息；
(3)传感器数据库，用于存储部署在社区中的各类传感器的实时数据，包括水表、电表和燃气表记录的数据；
(4)社区居民数据库，用于存储与社区居民相关的数据，包括姓名、性别、年龄、身份证号、住址、联系方式和健康状况；
(5)物联网设备数据库，用于存储社区中部署的物联网设备数据，包括智能门禁和安保机器人采集的数据。
4.如权利要求1所述的隐私数据访问方法，其特征在于，所述步骤(3)中的数据上传过程为：
(1)终端节点将监控摄像头采集到的数据上传至存储节点中的监控视频数据库，将水表、电表、燃气表记录的数据上传至存储节点中的传感器数据库，将社区管理人员采集的建筑道路信息、水电燃气管道线路信息上传至存储节点中的静态数据库，将居民主动上报的个人信息上传至存储节点中的社区居民数据库，将物联网设备采集到的数据上传至存储节点中的物联网设备数据库；
(2)存储节点将终端节点上传的数据进行保存，定期生成数据上传日志，数据上传日志内容包括“终端节点ID”、“上传时间”、“存储地址”和“数据标签”，并将生成的数据上传日志发送至服务器端；
(3)服务器端收到数据上传日志后，将数据上传日志存储至服务端的数据管理器中的日志池中。
5.如权利要求1所述隐私数据访问方法，其特征在于，所述步骤(4)中用户节点访问存储节点中的数据的流程为：
(1)用户节点在移动端上填写数据访问需求，包括：数据类型、数据内容和访问目的；
(2)移动端为用户节点生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户节点保管，移动端将密钥对中的公钥与用户节点填写的数据访问需求一起发送至服务器端；
(3)服务器端接收到用户数据访问需求后，根据规定的用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知，若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端；
(4)服务器端生成数据访问日志，数据访问日志内容包括“访问用户节点ID”、“访问时间”、“访问内容”和“访问目的”，将生成的数据访问日志存储至服务器端的数据管理器中的日志池中；
(5)用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容。
6.如权利要求1所述的隐私数据访问方法，其特征在于，所述步骤(4)中的管理节点对存储节点中数据进行操作的流程为：
(1)管理节点在服务器端提交数据操作说明，选择所需操作的数据；
(2)服务器端根据管理节点的数据操作权限判断管理节点是否有权操作管理节点请求操作的数据内容，若无此权限，则向管理节点发送“无权操作”的消息通知；若管理节点满足权限，则在存储节点中检索管理节点请求访问的数据内容，并将检索得到的数据内容暂存至服务器端，管理节点对服务器端的该数据进行查看或修改；
(3)服务器端将步骤(2)中由管理节点修改后的数据保存至存储节点，服务器端生成数据操作日志，数据操作日志包括“管理节点ID”、“操作时间”、“操作数据标签”和“操作内容摘要”，并将生成的数据操作日志存储在服务器端数据管理器中的日志池中。
7.如权利要求1所述隐私数据访问方法，其特征在于，所述步骤(5)中共识节点进行的共识过程为：
(1)服务器端的数据管理器日志池中的日志文件达到设定数量后，将日志池中所有日志文件发送至社区网络中的所有共识节点；
(2)共识节点收到日志文件后，将日志文件保存本共识节点的日志池中，并从本共识节点的日志池中随机抽取部分日志文件，并按照梅克尔树结构，将该部分日志文件生成树根哈希值Hash_root；
(3)共识节点获取前一个区块的哈希值Hash_pre，前一个区块为上一轮共识过程中生成的区块，若前一个区块不存在，则将Hash_pre设为0；
(4)选择一个随机数Nonce，将该随机数Nonce与“日志树根哈希值Hash_root”、“前一个区块的哈希值Hash_pre”、“区块生成时间ts”组成一个区块头，利用哈希算法，计算该区块头的哈希值Hash_block，将该区块头的哈希值Hash_block与一个指定的大整数Num进行比较，若该区块头的哈希值Hash_block大于该大整数Num,则选择一个新的随机数，重复执行步骤(4)，直至该区块头的哈希值Hash_block小于或等于该大整数Num；
(5)共识节点将步骤(4)中生成的区块头与步骤(2)中抽取的部分日志文件打包成一个区块，区块头哈希值Hash_block成为本区块的哈希值，将该区块发送至社区网络中的其他所有共识节点；
(6)其他共识节点收到步骤(5)的区块后，验证区块的有效性，包括：验证区块的哈希值是否小于指定大整数，以及日志文件中是否含有与日志树根相匹配的哈希值，当被验证的区块的哈希值小于指定大整数，且日志文件中含有与日志树根相匹配的哈希值，则通过验证；
(7)区块验证通过后，共识节点将区块添加至本共识节点的区块链文件中，结束本轮共识。
8.一种用于社区的基于区块链技术的隐私数据访问系统，其特征在于，该隐私数据访问系统包括社区网络、服务器端和移动端，其中：
社区网络，由社区中的各类节点以及节点之间的网络关系构成，所述节点包括：
终端节点，包括社区监控摄像头、水表、电表、燃气表、烟雾报警器、物联网设备、社区管理人员以及社区居民，用于进行数据采集；存储节点，包括监控视频数据库、静态数据库、传感器数据库、社区居民数据库、物联网设备数据库，用于进行数据存储；用户节点，由社区居民注册而成；管理节点，由社区管理人员而成；共识节点，从用户节点和管理节点中随机抽取出一部分节点组成，用于进行数据共识过程；节点之间的网络关系为：监控摄像头终端节点通过网线与监控视频数据库存储节点建立网络关系；物联网设备终端节点通过4G/5G信号与物联网数据库存储节点建立无线网络关系；水表、电表、燃气表、烟雾报警器终端节点通过信号线路与信号处理终端连接，再由网线或无线网络与传感器数据库建立网络关系；所有存储节点通过网线与部署社区数据管理系统的服务器建立网络连接；社区居民或社区管理人员通过移动端设备与部署社区数据管理系统的服务器建立网络连接；
移动端，用于为用户节点提供访问社区数据的途径，用户节点在安装在移动端的社区数据访问程序中填写包含“数据类型”、“数据内容”、“访问目的”的数据访问请求，社区数据访问程序将为用户生成一对密钥，密钥对中的私钥由用户保管，私钥将与用户节点填写的数据访问请求打包发送至服务器端。服务器端接收到用户数据访问需求后，根据用户节点的访问权限判断用户节点是否有权访问用户节点请求访问的数据内容，若无此权限，则向用户节点的移动端发送“无权访问”的消息通知；若用户节点满足权限，则在存储节点中检索用户节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容由用户节点提供的公钥加密后发送至用户节点的移动端；服务器端生成数据访问日志，日志内容包括“访问用户节点ID”、“访问时间”、“访问内容”、“访问目的”，将生成的数据访问存储至服务器端的数据管理器中的日志池中；用户节点在移动端程序上输入私钥，对接收到的加密数据进行解密，查看数据内容；
服务器端，用于管理社区网络中的节点。社区管理人员在部署在服务器端的社区数据管理程序中将社区中的数据采集终端注册为社区网络中的终端节点，将社区中的数据库注册为社区网络中的存储节点，将社区居民注册为社区网络中的用户节点，将社区管理人员注册为社区网络中的管理节点，并分别为终端节点、存储节点、用户节点和管理节点分配一个唯一标识符“节点ID”，为用户节点分配数据访问权限，限定用户节点允许访问的数据内容，为管理节点分配数据操作权限，限定管理节点允许操作的数据内容。服务器端提供管理节点操作存储节点数据的途径。管理节点在服务器端提交数据操作说明，选择所需操作的数据。服务器端根据管理节点的数据操作权限判断管理节点是否有权操作管理节点请求操作的数据内容，若无此权限，则向管理节点发送“无权操作”的消息通知。若管理节点满足权限，则在存储节点中检索管理节点请求访问的数据内容，再将检索得到的数据内容暂存至服务器端，管理节点对服务器端的这部分数据进行查看或修改。服务器端将管理节点修改后的数据保存至存储节点，服务器端生成数据操作日志，日志内容包括“管理节点ID”、“操作时间”、“操作数据标签”、“操作内容摘要”，将生成的数据操作日志存储至服务器端的数据管理器中的日志池中。
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