CN112380179A - 一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统 - Google Patents

一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统，方法包括步骤：1）将供应链上的物流明文数据和供应链上下游企业提供的企业信息录入区块链联盟链节点；2）利用属性加密算法将得到的数据通过密钥进行加密，并基于Shamir门限方案保护密钥；3）将密钥写入智能合约；4）采用基于DPoS+PBFT的混合共识机制和对应算法，将DPoS的授权机制应用于PBFT中实现动态授权，通过DPoS联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用PBFT记账节点轮流记账，记账后投票通过，将加密后的数据存储入区块链联盟链的节点；5）利用智能合约的验证机制确认用户是否有权限查看数据，确认后利用拉格朗日插值算法找到密钥，解析加密数据密文，恢复明文数据。

Description

一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统。
背景技术
在信息化时代，伴随着互联网、云计算的飞速发展以及物联网、区块链的兴起，钢铁行业也开始了数字化，利用互联网、物联网和区块链等技术做数字化转型。尽管国内的钢铁供应链体系已经开始建立，但是和国际进程相比，依然算是起步阶段，从整体上来看，国内钢铁供应链的整体现在化水平不高，效率相对较低，功能不尽完善。在这个过程中，产生了两方面的问题，一方面是信息不对称，信息呈链状流动，传递速度慢，共享程度差，到处是信息弧岛，信息封锁。一方面是缺乏信息透明和信任机制，上下游企业间供应链的信息单独存储，互相之间查询效率低下，存在信息篡改的情况，信息准确度无法保证，不能相互信任。
数据及时共享和防止篡改是支撑供应链上层数据集成管理和企业信任的基础。在钢铁供应链的实际应用中，数据具有明显的采集信息数量大、各企业单独存储、信息安全风险高和数据真实性差的特点。而一些传统的钢铁供应链，建立供应链联盟，签署合作协议，共同搭建供应链管理系统，购置独立服务器，设立大容量存储机房，将数据集中管理，避免了企业单独存储的方式，通过防火墙的建立，减少了部分信息安全的问题，可以使得数据及时共享。但是并不能解决数据真实、数据加密、安全共享等问题。
当前一些引入区块链的供应链管理平台，可以有效的解决数据丢失、数据真实性和数据溯源的问题，但是在海量数据下，又产生了数据存储和查询效率低下的新问题，同时并没有有效解决区块链各节点间数据加密和数据共享的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统，通过整合数据属性加密算法和Shamir门限密钥保护方法来实现钢铁供应链数据存储和共享的多种需求，解决了传统钢铁供应链系统数据单一存储方式导致的数据不安全、不真实问题，以及引入区块链的钢铁供应链系统并未解决的数据加密存储和共享问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，包括以下步骤：
步骤1：收集供应链上的物流明文数据并发送至区块链联盟链节点，同时将供应链上下游企业提供的企业信息录入区块链联盟链节点；
步骤2：利用属性加密算法将步骤1得到的物流明文数据和企业信息通过密钥进行加密，并基于Shamir门限方案来保护进行数据加密的密钥；
步骤3：将密钥写入智能合约；
步骤4：采用基于委托权益授权算法和实用拜占庭容错算法的混合共识机制和对应算法，将委托权益授权算法的授权机制应用于实用拜占庭容错算法中实现动态授权，通过委托权益授权算法联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用实用拜占庭容错算法记账节点轮流记账，记账后投票通过，将加密后的数据存储入区块链联盟链的节点；
步骤5：要使用数据时，利用智能合约的验证机制，确认用户是否有权限查看要使用的数据，当确认用户有权限后，利用拉格朗日插值算法找到密钥，解析加密数据密文，恢复并获得明文数据。
进一步的，所述步骤1中，所述的企业信息包括货品需求、电子签章、发票。
进一步的，所述步骤2中，采用一轮通信可验证一阶乘法同态的秘密分享方案，将信息加密过程中使用的密钥进行保护。
进一步的，所述步骤3中，所述的智能合约使用基于承诺的非交互式智能合约协议，包括基于承诺树的合约表示方式、与零知识证明承诺验证机制；智能合约程序的执行结果由若干复合承诺兑现与否来决定，每个承诺的兑现与否由第三方节点来计算，分离节点的记账和智能合约程序执行，为密钥保护模块和信息共享模块提供验证承诺能力。
进一步的，所述步骤4中，通过侧链技术扩展区块链联盟链节点。
进一步的，所述步骤5中，使用支持高效同态乘法的去中心化外包计算机制，在数据密文上执行任意阶同态乘法运算。
一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享系统，包括：
物流数据采集上传模块，用于利用物联网loT数据采集终端实时收集供应链上的物流数据，并经基站中转发送至区块链联盟链节点；
供应链信息录入模块，用于让供应链上下游企业将供应链上的货品需求、电子签章、发票等企业信息录入区块链联盟链节点；
信息加密模块，用于使用基于密钥策略的属性加密算法，并配置合适的共享策略，将物流数据采集上传模块上传的物流数据和供应链信息录入模块录入的供应链企业信息进行加密；
密钥保护模块，用于基于Shamir门限方案来保护进行数据加密的密钥；
智能合约模块，用于将密钥写入智能合约；智能合约使用基于承诺的非交互式智能合约协议，包括基于承诺树的合约表示方式、与零知识证明承诺验证机制；智能合约程序的执行结果由若干复合承诺兑现与否来决定，每个承诺的兑现与否由第三方节点来计算；
节点存储模块，采用基于委托权益授权算法和实用拜占庭容错算法的混合共识机制和对应算法，将委托权益授权算法的授权机制应用于实用拜占庭容错算法中实现动态授权，通过委托权益授权算法联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用实用拜占庭容错算法记账节点轮流记账，记账后投票通过，将信息加密后的数据进行存储；
信息共享模块，用于使用智能合约的验证机制，对用户是否有权限查看要使用的数据进行确认，确认通过后利用拉格朗日插值算法找到Shamir门限方案保护的密钥，使用密钥解析加密数据密文，恢复数据，实现供应链上下游企业间数据共享。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明针对区块链上数据秘密共享的存储需求，同时考虑数据加密存储、数据便捷解密以及防止掌握解密钥匙的人作恶等情况，能够有效地将多来源的海量数据进行存储和秘密共享。
本发明基于密钥策略的属性加密算法（KP-ABE）和Shamir门限密钥保护方法、拉格朗日插值算法、智能合约以及DPoS+PBFT混合共识记账机制等内容，共同搭建了基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法及系统。系统包括物联网loT数据采集终端、基于区块链的存储网络节点，由于采集和录入的数据是不确定的，包含各种在供应链系统中得到的数据，本发明将加密信息存储在区块链中，共享数据时利用拉格朗日插值算法找到密钥，解析加密数据密文，恢复数据，实现共享。
本发明用于钢铁供应链信息的采集管理、加密关系、存储管理、溯源管理和共享管理，实现了供应链上下游信息统一加密存储，解决了供应链上下游信息孤岛、数据不透明、上下游客户信任、供应链全流程电子凭证以及供应链上下游全流程追溯等问题。而且本发明引入了侧链框架体系，可以根据实际业务解决大数据场景下由于供应链信息过多所造成的存储问题和秘密共享引发的高并发计算问题，利用侧链技术解决主链联盟链主链区块大小不足，使得存储容量可以水平扩展，提高系统的可靠性和访问性能。
本发明支持海量数据采集和存储，能够适应数据扩展持续增长，支持加密存储增加数据安全，支持数据解密算法，实现安全共享，解决了钢铁供应链上下游企业的信息孤岛、信息实时性、信息安全和秘密共享。本发明同时支持多种数据采集方式，其他行业供应链数据收集，支持高并发处理，可以同时进行数据存储和数据查询，更加契合业务，适合多种场景。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：如图1所示，一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，包括以下步骤：
步骤1：利用物联网loT数据采集终端收集供应链上的物流明文数据并发送至区块链联盟链节点，同时将供应链上下游企业提供的企业信息录入区块链联盟链节点。企业信息包括货品需求、电子签章、发票。
步骤2：利用属性加密（KP-ABE）算法将步骤1得到的物流明文数据和企业信息通过密钥进行加密，并基于Shamir门限方案来保护进行数据加密的密钥。
步骤3：将密钥写入智能合约。智能合约使用基于承诺的非交互式智能合约协议，包括基于承诺树的合约表示方式、与零知识证明承诺验证机制；智能合约程序的执行结果由若干复合承诺兑现与否来决定，每个承诺的兑现与否由第三方节点来计算，分离节点的记账和智能合约程序执行，为密钥保护模块和信息共享模块提供验证承诺能力。
步骤4：采用基于委托权益授权算法和实用拜占庭容错算法（DPoS+PBFT）的混合共识机制和对应算法，将DPoS的授权机制应用于PBFT中实现动态授权，通过DPoS联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用PBFT记账节点轮流记账，记账后投票通过，将加密后的数据存储入区块链联盟链的节点；通过侧链技术扩展节点，实现海量数据存入与高性能并发存入。
步骤5：要使用数据时，利用智能合约的验证机制，确认用户是否有权限查看要使用的数据，当确认用户有权限后，利用拉格朗日插值算法找到密钥，解析加密数据密文，恢复并获得明文数据。
实施例二：一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享系统，包括物流数据采集上传模块、供应链信息录入模块、信息加密模块、密钥保护模块、智能合约模块、节点存储模块和信息共享模块。
物流数据采集上传模块，用于利用物联网loT数据采集终端实时收集供应链上的物流数据，并经基站中转发送至区块链联盟链节点；供应链信息录入模块，用于让供应链上下游企业将供应链上的货品需求、电子签章、发票等企业信息录入区块链联盟链节点；信息加密模块，用于使用基于密钥策略的属性加密算法，并配置合适的共享策略，将物流数据采集上传模块上传的物流数据和供应链信息录入模块录入的供应链企业信息进行加密，数据信息采用密文存储，提高信息安全，防止数据泄露。
密钥保护模块，用于基于Shamir门限方案来保护进行数据加密的密钥；采用一轮通信可验证一阶乘法同态的秘密分享方案（NVHSS），将信息加密过程中使用的密钥进行保护，防止密钥被获得。
智能合约模块，用于将密钥写入智能合约；智能合约使用基于承诺的非交互式智能合约协议，包括基于承诺树的合约表示方式、与零知识证明承诺验证机制；智能合约程序的执行结果由若干复合承诺兑现与否来决定，每个承诺的兑现与否由第三方节点来计算；分离节点的记账和智能合约程序执行，为密钥保护模块和信息共享模块提供验证承诺能力，有效保护平台功能的安全性。
节点存储模块，采用基于委托权益授权算法和实用拜占庭容错算法的混合共识机制和对应算法，将委托权益授权算法的授权机制应用于实用拜占庭容错算法中实现动态授权，通过委托权益授权算法联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用实用拜占庭容错算法记账节点轮流记账，记账后投票通过，将信息加密后的数据进行存储。完成节点存储的同时，有效提高共识效率，减少共识带来的能源消耗。引入了侧链框架体系，解决主链联盟链主链区块大小不足问题，使得存储容量可以水平扩展，提高系统的可靠性和访问性能。
信息共享模块，用于使用智能合约的验证机制，对用户是否有权限查看要使用的数据进行确认，确认通过后利用拉格朗日插值算法找到Shamir门限方案保护的密钥，使用密钥解析加密数据密文，恢复数据，实现供应链上下游企业间数据共享。使用支持高效同态乘法的去中心化外包计算机制（DOC），可以在数据密文上执行任意阶同态乘法运算；反馈值的验证不再需要昂贵的双线性映射，进而显著提高验证反馈值的效率；显著缩小验s证密钥的长度。该机制在保障数据隐私的前提下，可大幅减少服务器节点的数据验证负担和存储空间。
本发明通过整合优化，构建高可用、高性能、稳定安全、秘密共享的安全存储方案，综合各种区块链技术的优势来解决供应链上下游企业间数据真实和追溯与秘密共享时所面临的多种问题，提高运行效率和时效性，降低企业互信成本，并为上层应用提供完整支撑。与传统供应链系统与新型区块链供应链系统的技术相比，本发明解决了供应链上下游企业的数据安全防护加密存储和数据实时透明共享的矛盾问题，有效降低了数据管理方面的成本，增强了企业间数据互信与企业获取真实有效及时的信息，同时提高了整个供应链系统运行的效率。
本发明通过物联网loT数据采集终端和系统录入可以支持海量供应链数据信息采集；使用基于密钥策略的属性加密（KP-ABE）技术，可以将数据进行加密，增强数据安全；使用Shamir门限方案来保护的数据加密的密钥，防止密钥破解；采用联盟链主链和区块链侧链技术，DPoS+PBFT混合共识机制进行数据的存储与溯源，可以适应数据扩展和持续增长，提高系统的可靠性、可扩展性；当使用数据时，使用智能合约确认使用者权限，利用拉格朗日插值算法找到密钥，解析加密数据密文，恢复数据，实现共享。整个系统围绕供应链的数据隐私和共享搭建成型，满足了供应链上下游企业对数据的查看实时性要求，数据安全的私密存储要求，数据真实的可溯源查找要求。
以上所述的仅是本发明的一种实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：收集供应链上的物流明文数据并发送至区块链联盟链节点，同时将供应链上下游企业提供的企业信息录入区块链联盟链节点；
步骤2：利用属性加密算法将步骤1得到的物流明文数据和企业信息通过密钥进行加密，并基于Shamir门限方案来保护进行数据加密的密钥；
步骤3：将密钥写入智能合约；
步骤4：采用基于委托权益授权算法和实用拜占庭容错算法的混合共识机制和对应算法，将委托权益授权算法的授权机制应用于实用拜占庭容错算法中实现动态授权，通过委托权益授权算法联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用实用拜占庭容错算法记账节点轮流记账，记账后投票通过，将加密后的数据存储入区块链联盟链的节点；
步骤5：要使用数据时，利用智能合约的验证机制，确认用户是否有权限查看要使用的数据，当确认用户有权限后，利用拉格朗日插值算法找到密钥，解析加密数据密文，恢复并获得明文数据。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，其特征在于：所述步骤1中，所述的企业信息包括货品需求、电子签章、发票。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，其特征在于：所述步骤2中，采用一轮通信可验证一阶乘法同态的秘密分享方案，将信息加密过程中使用的密钥进行保护。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，其特征在于：所述步骤3中，所述的智能合约使用基于承诺的非交互式智能合约协议，包括基于承诺树的合约表示方式、与零知识证明承诺验证机制；智能合约程序的执行结果由若干复合承诺兑现与否来决定，每个承诺的兑现与否由第三方节点来计算，分离节点的记账和智能合约程序执行，为密钥保护模块和信息共享模块提供验证承诺能力。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，其特征在于：所述步骤4中，通过侧链技术扩展区块链联盟链节点。
6.根据权利要求1所述的基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享方法，其特征在于：所述步骤5中，使用支持高效同态乘法的去中心化外包计算机制，在数据密文上执行任意阶同态乘法运算。
7.一种基于区块链的钢铁供应链信息秘密共享系统，其特征在于：所述系统包括：
物流数据采集上传模块，用于利用物联网loT数据采集终端实时收集供应链上的物流数据，并经基站中转发送至区块链联盟链节点；
供应链信息录入模块，用于让供应链上下游企业将供应链上的货品需求、电子签章、发票等企业信息录入区块链联盟链节点；
信息加密模块，用于使用基于密钥策略的属性加密算法，并配置合适的共享策略，将物流数据采集上传模块上传的物流数据和供应链信息录入模块录入的供应链企业信息进行加密；
密钥保护模块，用于基于Shamir门限方案来保护进行数据加密的密钥；
智能合约模块，用于将密钥写入智能合约；智能合约使用基于承诺的非交互式智能合约协议，包括基于承诺树的合约表示方式、与零知识证明承诺验证机制；智能合约程序的执行结果由若干复合承诺兑现与否来决定，每个承诺的兑现与否由第三方节点来计算；
节点存储模块，采用基于委托权益授权算法和实用拜占庭容错算法的混合共识机制和对应算法，将委托权益授权算法的授权机制应用于实用拜占庭容错算法中实现动态授权，通过委托权益授权算法联盟内拥有投票权的节点动态投票选择记账节点，使用实用拜占庭容错算法记账节点轮流记账，记账后投票通过，将信息加密后的数据进行存储；
信息共享模块，用于使用智能合约的验证机制，对用户是否有权限查看要使用的数据进行确认，确认通过后利用拉格朗日插值算法找到Shamir门限方案保护的密钥，使用密钥解析加密数据密文，恢复数据，实现供应链上下游企业间数据共享。
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