CN112565219B - 基于区块链的海上智能系统通信方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明的基于区块链的海上智能系统通信方法、系统及存储介质，方案包括：采集数据并计算数据的哈希；将所计算的哈希在区块链上进行同步；将所采集的数据在区块链上进行同步；求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对：若结果一致，则数据传输成功；若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功。本发明提供跨域通信管控设备架构，能够连接不同网络协议下的岸基设备与海基设备，并在网络连接弱、网络带宽窄的工作环境下，保证数据传输的可靠性与安全性。

Description

基于区块链的海上智能系统通信方法、系统及存储介质
技术领域
本发明属区块链技术领域，特别涉及一种基于区块链的海上智能系统通信方法、系统及存储介质。
背景技术
跨域通信管控设备是广域海洋物联网应用系统的信息枢纽，实现多种体制的异构通信网络融合接入，为用户应用提供统一和透明的通信数据接入，起到广域海洋物联网智能网关的作用。跨域通信管控设备部署包括岸基与海基两部分。
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同层--应用层。
传统的网络多面向PC、服务器设备，并且基于TCP/IP协议，且网络连接相对固定，有一定的网络资源保证。但是在海上跨域通信场景下，跨域设备多种多样，遵循的网络协议各有不同，且网络连接弱、网络带宽窄，网络传输安全要求高，传统的网管技术并不能适用于这样的工作环境，需要设计新的网关技术。
区块链技术由于具有安全透明、不可篡改的技术特性，在新的网关技术设计中，能发挥很大的作用，因此我们需要结合区块链的特征，考虑无人艇集群使用需求，针对性的设计可用于无人艇设备集群中安全可信组网的区块链组网技术方案，实现适用于无人艇集群的自由组网。
发明内容
本申请实施例的目的是提出一种基于区块链的海上智能系统通信方法、系统及存储介质，提供跨域通信管控设备架构，能够连接不同网络协议下的岸基设备与海基设备，并在网络连接弱、网络带宽窄的工作环境下，保证数据传输的可靠性与安全性。
为解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：
根据本申请实施例的第一方面，提出了一种基于区块链的海上智能系统通信方法，包括：
采集数据并计算数据的哈希；
将所计算的哈希在区块链上进行同步；
将所采集的数据在区块链上进行同步；
求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对：
若结果一致，则数据传输成功；
若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功。
基于本发明的基于区块链的海上智能系统通信方法的另一个实施例中，所述方法还包括：失去连接或信号弱的节点发送数据请求，直到数据传输成功。
基于本发明的基于区块链的海上智能系统通信方法的另一个实施例中，所述将所计算的哈希在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所计算的哈希进行协议解析；
将所计算的哈希申请在区块链上链传输；
各节点接收哈希，通过智能合约进行协议解析并上链存证。
基于本发明的基于区块链的海上智能系统通信方法的另一个实施例中，所述将所采集的数据在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所采集的数据进行协议解析；
将所采集的数据申请在区块链上链传输；
各节点接收数据，通过智能合约进行协议解析并上链存证。
基于本发明的基于区块链的海上智能系统通信方法的另一个实施例中，将所计算的哈希申请在区块链上链传输采用分布式网络传输。
基于本发明的基于区块链的海上智能系统通信方法的另一个实施例中，所述将所采集的数据申请在区块链上链传输采用分布式网络传输。
基于本发明实施例的另一个方面，公开一种基于区块链的海上智能系统通信系统，包括：
采集模块：用于采集数据并计算数据的哈希；
第一同步模块，用于将所计算的哈希在区块链上进行同步；
第二同步模块，用于将所采集的数据在区块链上进行同步；
比对模块，用于求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对：
第一执行模块，用于若结果一致，则数据传输成功；
第二执行模块，用于若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功。
基于本发明实施例的另一个方面，公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时，用于执行：采集数据并计算数据的哈希；
将所计算的哈希在区块链上进行同步；
将所采集的数据在区块链上进行同步；
求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对：
若结果一致，则数据传输成功；
若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功。
本申请提出的基于区块链的海上智能系统通信方法，基于区块链技术可以向无人艇集群提供自由的安全可信组网；同时通过身份认证方案，保证自由组网过程中系统的鲁棒性与安全性；同时利用区块链的共识机制，保证每个节点可以从多个组内节点同时获取消息和数据，提供数据的可靠性、一致性和不可篡改性。
附图说明
图1示出了根据本申请的一些实施例提供的基于区块链的海上智能系统通信方法的流程示意图；
图2示出了根据本申请的一些实施例提供的基于区块链的海上智能系统通信方法另一实施例的具体示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
图1示出了根据本申请的一些实施例提供的基于区块链的海上智能系统通信方法的流程示意图，结合图1对基于区块链的海上智能系统通信方法进行详细介绍，所述方法包括：
S1，采集数据并计算数据的哈希；
S2，将所计算的哈希在区块链上进行同步；
S3，将所采集的数据在区块链上进行同步；
S4，求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对；
S5，若结果一致，则数据传输成功；
S6，若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功。
具体实现中，所述方法还包括：失去连接或信号弱的节点发送数据请求，直到数据传输成功。
所述将所计算的哈希在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所计算的哈希进行协议解析；
将所计算的哈希申请在区块链上链传输；
各节点接收哈希，通过智能合约进行协议解析并上链存证。
所述将所采集的数据在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所采集的数据进行协议解析；
将所采集的数据申请在区块链上链传输；
各节点接收数据，通过智能合约进行协议解析并上链存证。
将所计算的哈希申请在区块链上链传输采用分布式网络传输。
所述将所采集的数据申请在区块链上链传输采用分布式网络传输。
参照图2更为具体实施例的示意图，场景介绍：
岸基部分——提供岸海多通信体制融合接入、岸海通信服务与运维等功能。跨域通信管控设备(岸基单元)部署在岸基数据中心(以及各类海洋业务应用中心)，通过4G、北斗(导航定位短报文)、卫星移动通信(天通)、卫星宽带通信(VSAT)、专网通信等多体制通信网络，接收汇聚来自多个海上固定/机动信息节点的感知信息，通过岸基公网或专网传输至各类海洋业务应用节点。
海基部分——包括多套跨域通信管控设备(海基单元)，部署在多种形态的海上固定/机动信息节点。对于独立的海上固定/机动信息节点，其搭载多类传感器获取海洋立体监视信息，包括：海洋生态环境质量监测、水文气象观测等海洋环境信息，雷达探测、光电探测、AIS接收、电磁频谱监测等海上目标信息，海上节点平台状态监视信息，水下感传信息等，上述信息经过预处理后，接入跨域通信管控设备(海基单元)，通过4G、北斗(导航定位短报文)、卫星移动通信(天通)、卫星宽带通信(VSAT)、专网通信等多体制通信网络，传输至跨域通信管控设备(岸基单元)。对于组网的海上机动信息节点，例如航运船队、渔船船队、养殖工船牧场等，由主节点接收汇聚多个从节点的感知信息，经预处理后发送至跨域通信管控设备(岸基单元)。
系统主要功能包括：
1)提供岸海多通信体制协议管理
建立多通信体制协议库，提供协议解析、协议转换等。多体制通信网络包括北斗短报文通信、卫星移动通信(天通)、卫星宽带通信(VSAT)、公网通信(4G)、专网通信(微波宽带、短波)等。
利用区块链技术，在智能合约中实现多通信协议的解析与转换，所有设备通过作为区块链上的节点，直接与智能合约进行交互，完成通信。通过智能合约，讲网络传输协议进行抽象；对于设备而言，无需考虑整个网络的通信协议，只需要关注具体传输内容。
2)提供基于多通信体制的业务信息管理
岸基数据中心向海上信息节点发送信息订阅请求，对接收到的数据、短消息、话音、图像、视频等信息进行分类提取、存储与分发。
对于不同的传输数据，不论数据大小，都会生成固定长度的哈希码。该哈希码与数据唯一对应，且数据量很小。该哈希码会优先在带宽较小、网络不稳定的海上跨域通信网络中进行广播与确认。并通过共识算法，写入每个设备对应的区块链节点中。设备之间传输实际数据的过程中，可能会由于网络不稳定出现传输延迟，只需要检验已接收数据和事先存储的哈希码是否一致，就可以判断传输是否成功。同时，基于区块链的海上智能网关，每个设备的区块链节点都可以看作是网关的一部分，在海上传输连接弱的场景中，设备可以挑选任意与之相邻或网络连接较好的设备，通过分布式账本进行数据同步。避免中心化传输带来的传输效率低下。
3)提供多体制通信网络服务管理，包括：
岸海通信服务管理：海上节点通信配置管理、通信路由规划，提供通信用户管理和通信日志管理，对海上无人节点进行远程调度(自主模式/遥控模式)、向海基节点发送信息订阅请求；
岸海通信运维管理：海上节点工作状态监控、海上节点通信状态监控，提供故障信息管理、QoS管理等；
海上跨域通信服务管理：海上平台信道自适应选择、海上平台通信状态监控、通信流量监控、响应岸基数据中心信息订阅请求、海上节点感知信息转发(USV/UUV)。
可视化展现：包括广域海洋物联网系统各节点部署、多体制异构通信网络拓扑结构、通信节点连接状态、通信流量显示等。
4)海上节点感知信息传输预处理
海上节点感知信息类型包括水声探测信息、雷达探测信息、光电探测信息、AIS/ADS-B接收信息、电磁环境监测信息、海洋环境观测信息等，信息传输预处理功能包括并行数据汇聚处理、数据打包/解包、压缩/解压、分类、提取、缓存等。
如2)中所述，对于不同的传输数据，不论数据大小，都会生成固定长度的哈希码。该哈希码与数据唯一对应，且数据量很小。该哈希码会优先在带宽较小、网络不稳定的海上跨域通信网络中进行广播与确认。并通过共识算法，写入每个设备对应的区块链节点中。设备之间传输实际数据的过程中，可能会由于网络不稳定出现传输延迟，只需要检验已接收数据和事先存储的哈希码是否一致，就可以判断传输是否成功。同时，基于区块链的海上智能网关，每个设备的区块链节点都可以看作是网关的一部分，在海上传输连接弱的场景中，设备可以挑选任意与之相邻或网络连接较好的设备，通过分布式账本进行数据同步。避免中心化传输带来的传输效率低下。
5)综合模拟
海上节点感知信息模拟：模拟海洋生态环境质量监测、水文气象观测等海洋环境信息，水声探测、雷达探测、光电探测、AIS接收、电磁频谱监测等海上目标信息，海上节点平台状态监视信息；
岸海通信设备模拟：水声通信设备模拟、北斗通信终端设备模拟、卫星移动通信终端设备模拟、卫星宽带通信网络模拟。
具体实现中：区块链的节点、区块链链共享及节点管控平台都需要通过通信管控平台做通信的转接。在这种场景中，管控平台相当于路由，它将实际的区块链节点都隐藏在其后。区块链管控平台和区块链节点不直接连通，而是通过通信管控设备连在一起，相当于管控平台替代实现了以太网的功能。
区块链海上智能网关主要包含以下功能：
1.共识节点同步指令、账本节点同步数据
基于区块链技术海上智能网关采用分布式网络，每个节点都是平等的，即作为数据服务的客户端，又作为数据服务的服务端，通过共识算法，保证分布式系统指令同步的一致性。是解决多机复杂环境下，数据一致性问题。
主要采用的是一种改进版的实用拜占庭容错共识算法。基于拜占庭容错(BFT)算法的POS(Proof Of Stake)协议伪随机的安排一个验证者在多轮投票的过程中提出一个区块。提交和最终化区块取决于大多数，所有验证者中2/3的验证者在提交的区块中签名。在区块最终化之前可能需要进行几轮投票签名。拜占庭容错(BFT)系统只能容错1/3的失败，其中失败包括故障或是恶意的攻击。在保证指令同步的同时，抵御恶意攻击，保证系统安全性。
2.节点间身份认证指令
基于区块链技术海上智能网关中，如果缺乏准入验证机制，容易受到来自其他设备的入侵，发生信息泄露或虚假指令被下达，从而导致系统失效。同时，在传统网络服务中，一般使用中心化的验证机构实现对节点的准入验证，中心化的验证机构虽然能够进行及时有效的准入验证，但是却存在很大的安全隐患，一旦中心化验证机构被摧毁或被入侵，合法节点无法通过验证进入网络或是非法节点可能绕过验证进入网络。
通过区块链系统中的分布式身份标识技术，当发现网络中已有节点失效后，单一节点可以发起对该特定节点身份失效的申明，并将申明写在链上，供整个区块链网络中其他节点进行审核。其他节点如果确认该申明可信，则可以通过硬件私钥存储设备为该申明签名背书。若失效申明收集到足够多的其他节点签名背书(如全网节点数量的1/2，需事先商定阈值)，则将该节点从网络中剔除。
分布身份标识通过构建去中心化的身份识别系统实现节点的准入验证机制，具有分布式、自主可控、跨链复用等特点，是业务系统中实体身份管理的技术应用。可以实现基于区块的分布式身份标识管理，使区块链上的任何实体可自主创建和管理他们自己的身份标识。
3.节点管控指令
各节点在链上达成对用户权限、数据及服务权属，以及安全访问控制策略的一致认识，并作为分布式账本的一部分内容，安全、不可篡改的存储在链上；需要时通过智能合约自动执行安全访问控制；区块链还会对数据及服务的访问记录进行监管和审计。
终端上的应用层通过微服务管理模块发起微服务调用请求；管理模块通过区块链进行安全访问控制检测；区块链上存有所有用户权限、所有已注册服务权限及二者的匹配关系，并通过智能合约自动执行安全访问控制；动态审计模块存在于所有终端中，会记录并上报终端上的微服务请求、调用和被使用情况；链上审计分析系统负责所有微服务的全生命周期监控审计。
对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于区块链的海上智能系统通信方法，其特征在于，所述方法包括：
采集数据并计算数据的哈希；
将所计算的哈希在区块链上进行同步；
将所采集的数据在区块链上进行同步；
求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对：
若结果一致，则数据传输成功；
若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功；
其中，所述将所计算的哈希在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所计算的哈希进行协议解析；
将所计算的哈希申请在区块链上链传输；
各节点接收哈希，通过智能合约进行协议解析并上链存证；
其中，所述将所采集的数据在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所采集的数据进行协议解析；
将所采集的数据申请在区块链上链传输；
各节点接收数据，通过智能合约进行协议解析并上链存证。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的海上智能系统通信方法，其特征在于，所述方法还包括：失去连接或信号弱的节点发送数据请求，直到数据传输成功。
3.根据权利要求1或2任一项所述的基于区块链的海上智能系统通信方法，其特征在于，将所计算的哈希申请在区块链上链传输采用分布式网络传输。
4.根据权利要求1或2任一项所述的基于区块链的海上智能系统通信方法，其特征在于，所述将所采集的数据申请在区块链上链传输采用分布式网络传输。
5.一种基于区块链的海上智能系统通信系统，其特征在于，所述系统包括：
采集模块：用于采集数据并计算数据的哈希；
第一同步模块，用于将所计算的哈希在区块链上进行同步；
第二同步模块，用于将所采集的数据在区块链上进行同步；
比对模块，用于求取各节点上的数据的哈希并与所同步的哈希进行比对：
第一执行模块，用于若结果一致，则数据传输成功；
第二执行模块，用于若结果不一致，则在区块链上发送数据请求，直到数据传输成功；
其中，所述将所计算的哈希在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所计算的哈希进行协议解析；
将所计算的哈希申请在区块链上链传输；
各节点接收哈希，通过智能合约进行协议解析并上链存证；
其中，所述将所采集的数据在区块链上进行同步包括：
通过智能合约对所采集的数据进行协议解析；
将所采集的数据申请在区块链上链传输；
各节点接收数据，通过智能合约进行协议解析并上链存证。
6.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时，用于执行如权利要求1-4任一项所述的基于区块链的海上智能系统通信方法。
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