CN112866090B - 一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯方法及系统，通过采用区块链网络架构代替常规依赖中心化服务的通讯架构，用户数据加密上链，WebRTC点对点通讯以及节点用于终端的i p信息映射的方式，解决了融合区块链的即时聊天系统存在创建区块耗时较长，并发消息导致的网络压力过大的问题。从而实现聊天交友、企业内部通讯、私有通讯、消息通知和直播弹幕五种即时聊天功能，满足不同的即时聊天需求。

Description

一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统及方法
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
空间上的距离是人与人之间相互交流的最大阻碍。传统的信息交流方式，如电话、邮件、信件、电报、网络等，由于技术的局限和现实条件给收发双方带来了些许的不便，因此，更加即时、直观的使人们能在网上识别在线用户并实时交换消息的即时通信技术应运而生。即时通信是一种以Internet网络为基础的，允许交互双方即时传送文字、图片、语音、视频等信息，能够追踪网络用户在线状态的网络应用。即时通讯是自电子邮件问世以来迅速发展的在线通讯方式，为网络用户提供一个实时交流聊天的平台。而且即时通信和社会化网络、在线协同、统一通信的关系越来越密切，呈现融合发展的趋势。
发明人发现，现有的即时通信系统通常是基于中心化架构的通讯，存在诸多弊端。首先，中心化架构的通讯架构造成服务资源浪费、移动端网络复杂时不稳定需要依赖复杂的分布式服务节点部署，和跨网络的数据同步；其次，数据存储于技术提供方或者第三方服务，用户隐私及通讯内容严重泄漏；最后，中心服务未支持不同区域的移动端网络稳定，分布式及数据同步复杂。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提供一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯系统；所述方案有效解决了中心化即时通讯系统的弊端，同时从根本上解决了融合区块链的即时聊天系统存在创建区块耗时较长，并发消息导致的网络压力过大的问题。
根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统，包括数据服务层、中间层以及应用层；
所述数据服务层采用区块节点网络架构，对系统数据实现分布式存储和隐私保护；
所述中间层采用WebRTC点对点通讯，通过中转服务器进行数据中转；
所述应用层，基于所述数据服务层及中间层实现用户间的即时通讯；
在即时通讯过程中，用户信息加密上链，通讯内容异步上链，并利用IPFS分布式存储系统记录加密后的聊天内容；同时，所述即时通讯系统使用区块节点和终端的IP信息映射，代替WebRTC的网络穿透方式和ICE中继服务。
进一步的，所述应用层接收用户注册信息，将注册信息加密后创建区块节点并上链，同时所有区块节点进行信息同步。
进一步的，所述数据服务层通过区块节点网络架构代替中心化服务的通讯架构，并通过IPFS分布式存储系统记录加密后的聊天信息；同时，通过目标用户IP穿透取代SIP信令服务，实现所述区块节点间的信息传递。
根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法，其利用了上述一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统，所述方法包括：
通过客户端进行用户注册；
将注册信息加密后创建区块节点并上链，同时所有区块节点进行信息同步；
将用户的公网及内网IP及端口加密后同步至全网区块节点；
通过区块节点获取用户列表，选取好友进行通讯；
通过区块节点将通讯通知同步至目标节点；
目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将其IP信息同步返回；
源节点和目标节点通过穿透的ip及端口建立一对一的点对点通讯线路。
进一步的，所述通过区块节点将通讯通知同步至目标节点，为了提高通讯速度，需利用路径最优算法获取最优线路来进行通讯通知的同步。
进一步的，所述目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将其IP信息同步返回，其通过网络扩散的方式将自身IP信息返回给源节点。
进一步的，在一对一通讯时，建立点对点连接后，将数据转化为二进制，并进行小节分割，每组数据携带序号和总分个数，实现并行传输和重组。
进一步的，在群聊过程中，对于小于预设人数的情况，通过点对点协议进行消息扩散；当大于等于预设人数时，通过区块链节点间传播消息以实现群聊消息扩散。
根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法。
根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)本公开融合区块链及点对点通讯技术提出一种全新的即时聊天系统。该系统不仅解决了中心化即时通讯系统的弊端(即传统的即时通讯系统通常采用中心化的系统架构，造成服务资源浪费；用户隐私泄露；分布式数据同步困难等问题)，还解决了融合区块链技术所带来的新的问题：即创建区块耗时较长时，导致节点传播耗时，消息到达高延迟，数据同步过慢；消息并发过高时，网络压力及节点数据同步压力过高，对终端性能要求较高的问题。
(2)本公开所述方案利用区块节点网络架构代替常规依赖中心化服务的通讯架构；用户数据加密上链，通讯内容异步上链，通过IPFS(分布式存储系统)记录加密后的聊天内容，对聊天信息进行验证的同时，也不会泄露聊天内容；采用WebRTC点对点通讯，绕过中心服务中转，解决资源及带宽同时，提高并发；使用节点和终端的ip信息映射，代替WebRTC的网络穿透方式和ICE中继服务。
(3)利用本公开所述即时聊天系统的架构能够实现聊天交友、企业内部通讯、私有通讯、消息通知和直播弹幕等不同情况下的应用，所述方案具有较高的鲁棒性，能够满足不同的即时聊天需求。
本公开附加方面的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，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例一中所述的融合区块链及点对点通讯技术的即时聊天系统的架构图；
图2为本公开实施例一中所述的登录及通讯流程图；
图3为本公开实施例一中所述的消息存储及离线消息读取流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯系统。
一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯系统，包括数据服务层、中间层以及应用层；
所述数据服务层采用区块节点网络架构，对系统数据实现分布式存储和隐私保护；
所述中间层采用WebRTC点对点通讯，通过中转服务器进行数据中转；
所述应用层，基于所述数据服务层及中间层实现用户间的即时通讯；
其中，用户信息加密上链，通讯内容异步上链，利用IPFS分布式存储系统记录加密后的聊天内容；所述即时通讯系统使用区块节点和终端的IP信息映射，代替WebRTC的网络穿透方式和ICE中继服务。
具体的，如图1所示展示了所述的融合区块链及点对点通讯技术的即时聊天系统的架构，基于图1所示的实时聊天系统架构对本公开所述方案底层设计进行详细说明：
(1)区块节点间信息传递
通过目标用户IP穿透，取代常规的SIP信令服务，实现端对端(区块节点对区块节点)通知。
(2)端对端穿透
基于Transport/Session和Network I/O，二进制协议及SHA-256非对称加密进行数据点对点传输的平等链接，实现点对点数据交换；其中，SHA-256是安全散列算法SHA系列算法之一，其摘要长度为256bits，即32个字节，故称SHA256。对于任意长度(按bit计算)的消息，SHA256都会产生一个32个字节长度数据，称作消息摘要。当接收到消息的时候，这个消息摘要可以用来验证数据是否发生改变，即验证其完整性。
(3)数据异步上链
消息数据传输同时，异步同步至区块链，通过IPFS分布式存储，随时随地可进行漫游同步。
(4)单聊
建立点对点连接后，将数据转化为二进制，并进行小节分割，每组数据携带序号和总分个数，实现并行传输和重组，提高数据传输性能，最大限度利用网络资源；通过点对点的一次回执，解决常规聊天至少4次回执解决消息丢失问题。
(5)业务(添加好友、入群)
添加好友请求的信息可通过网络节点同步，目标节点对公钥加密后的内容可进行解密，加密参数使用自己的私钥签名信息、公钥、时间戳、内容的HASH值以及IPFS中该通信信息的位置。
(6)群聊
对于小于2000人的群聊，通过点对点协议进行消息扩散；大于2000人的群聊，通过区块链节点间传播消息以实现群聊消息扩散，灵活使用网络特性，提高消息传输效率。在移动方式瘫痪的情况下可自动切换至另一种方式；成员利用自己的公私钥对协商密钥的方式进行通信，保证每次聊天室的加密密钥的不同。
(7)隐私保护
通过采用hash、jwt非对称加密对、内网穿透MD5非逆向加密校验算法，对用户信息、内网穿透的转换ip及通讯内容进行存储和传输过程中的全程加密保证。
基于上述即时聊天系统架构以及底层设计，登录和通讯流程以及消息存储如图2所示。
进一步的，登陆及通讯流程分为7个步骤：
(1)用户注册
用户通过客户端注册，包括用户相应的个人信息；
(2)上链并同步
将注册信息加密后创建区块并上链，同时所有节点进行同步；
(3)用户登陆
将用户的公网及内网ip、端口加密后同步至全网节点；
(4)获取用户列表
用户个体通过区块节点获取用户列表，选取好友进行通讯；
(5)获取最优路径
通讯通知通过区块节点同步至目标节点，通过路径最优算法获取速度最优的线路通知；
(6)解析通讯内容
目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将自己的ip信息同步返回，通过网络扩散返回对方；
(7)建立通讯链路
源节点和目标节点通过穿透的ip及端口建立一对一的点对点通讯线路。
进一步的，消息存储及离线消息读取流程如图3所示，具体的，消息存储及离线消息读取的流程分为以下步骤：
(1)记录终端信息
将发起通讯双方的终端信息hash至区块节点；
(2)分布式存储
区块节点信息采用IPFS分布式存储，通过IPFS分布式存储，随时随地可进行漫游同步；
(3)同步数据
客户端上限后通过分布式网络同步数据；
(4)查询及解密信息
客户端同步数据后检测是否包含自己的通讯信息，并通过约定公私钥解密信息；
(5)分块处理
将解密后通信信息区分业务信息和通讯信息进行分块处理；
(6)终端缓存
将处理后的信息内容缓存至终端；
(7)展示信息
根据实际需求，进行合理的终端布局，并进行信息的展示。
进一步的，基于本公开所述即时聊天系统可实现聊天交友、企业内部通讯、私有通讯、消息通知和直播弹幕等实际应用。
(1)基于公有链的聊天交友
所述公有链上的各个节点可以自由加入和退出网络，并参加链上数据的读写，读写时以扁平的拓扑结构互联互通，网络中不存在任何中心化的服务端节点。像大家所熟悉的比特币和以太坊，都是一种公有链。公有链的好处是没有限制，你可以自由参加。
社会娱乐生活要求日趋提高，各种交友软件参差不齐。泛滥的陌生交友工具信息暴露，给用户带来了极大的隐私威胁。基于公有链的即时通讯，既保障用户隐私安全，又借助区块节点的网络优势实现全网稳定通讯。
(2)基于联盟链的企业内部通讯
所述联盟链的各个节点通常有与之对应的实体机构组织，通过授权后才能加入与退出网络。各机构组织组成利益相关的联盟，共同维护区块链的健康运转。
基于联盟链打造企业或者集团内部的通讯工具，数据保存到集团的联盟链，数据完全自我掌控，又能保障被窃取破解的风险。同时去中心化的网络架构实现，为企业节约大量的中心服务资源。
(3)基于私有链的私有通讯
所述私有链中各个节点的写入权限收归内部控制，而读取权限可视需求有选择性地对外开放。专有链仍热具备区块链多节点运行的通用结构，适用于特定机构的内部数据管理与审计。其中，R3CEV Corda平台以及超级账本项目(Hyper ledger project)等都是私有链项目，对交易效率、隐私保障和监管控制有着更高要求的场景，私有链的应用是主要方向。
基于私有链可为家庭或者小组成员创建单链路的通讯软件。信息只有参与的双方知晓。全新的听话筒模式展现。对终端实现一对一绑定，防止终端数据扩散至现在复杂的互联网，实现跨时代的专属通讯模式。
(4)基于消息透传的消息通知
繁忙的社会生活，人们总是需要开启消息通知来提醒不要遗漏某些重要的信息。而这些消息通知，完全需要依赖于各设备提供厂商内置服务和远程中心服务实现。消息穿透能力弱、送达率底、对接复杂多样、信息完全暴露。基于区块节点的网络扩散和设备终端的公私钥加解密，实现消息定向节点通知。解决现有消息通知的痛点。
(5)基于网络广播的直播弹幕
随着生活和电商技术的不断发展，直播也成了大众生活的必须。通过中心广播的直播流媒体处理及弹幕发送，大的平台动辄上千兆流量消耗，几百甚至几千台中心化分布式服务架构。本公开基于区块链节点的信息同步特性实现全网有效传递，在实时性要求不是特别高的直播业务需求中，大量节省服务资源。并能有效保存直播信息，解决回放时视频媒体和弹幕同步问题。
进一步的，本公开所述方案针对中心化架构的即时通讯系统存在的弊端，本发明融合区块链及点对点通讯技术提出一种全新的即时聊天系统。该系统不仅解决了中心化即时通讯系统的弊端，还解决了融合区块链技术所带来的新的问题：创建区块耗时比较耗时，导致节点传播耗时，消息到达高延迟，数据同步过慢；消息高并发大时，网络压力及节点数据同步压力过高，对终端性能要求太高；本公开所述方案相对于现有技术具有以下创新：
(1)区块节点网络架构代替常规依赖中心化服务的通讯架构；
(2)用户数据加密上链，通讯内容异步上链，通过IPFS(分布式存储系统)记录加密后的聊天内容，对聊天信息进行验证的同时，也不会泄露聊天内容；
(3)采用WebRTC点对点通讯，绕过中心服务中转，解决资源及带宽同时，提高并发；
(4)使用节点和终端的ip信息映射，代替WebRTC的网络穿透方式和ICE中继服务。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯方法。
一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯方法，包括：
通过客户端进行用户注册；
将注册信息加密后创建区块节点并上链，同时所有区块节点进行同步；
将用户的公网及内网IP及端口加密后同步至全网区块节点；
通过区块节点获取用户列表，选取好友进行通讯；
通过区块节点将通讯通知同步至目标节点；
目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将其IP信息同步返回；
源节点和目标节点通过穿透的ip及端口建立一对一的点对点通讯线路。
进一步的，所述通过区块节点将通讯通知同步至目标节点，为了提高通讯速度，需利用路径最优算法获取最优线路来进行通讯通知的同步。
进一步的，所述目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将其IP信息同步返回，其通过网络扩散的方式将自身IP信息返回给源节点。
进一步的，在一对一通讯时，建立点对点连接后，将数据转化为二进制，并进行小节分割，每组数据携带序号和总分个数，实现并行传输和重组。
进一步的，在群聊过程中，对于小于预设人数的情况，通过点对点协议进行消息扩散；当大于等于预设人数时，通过区块链节点间传播消息以实现群聊消息扩散。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例二中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例二中所述的方法。
实施例二中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述实施例提供的一种融合区块链及点对点通讯技术的即时通讯系统及方法完全可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统，其特征在于，包括数据服务层、中间层以及应用层；
所述数据服务层采用区块节点网络架构，对系统数据实现分布式存储和隐私保护；
所述中间层采用WebRTC点对点通讯，通过中转服务器进行数据中转；
所述应用层，基于所述数据服务层及中间层实现用户间的即时通讯；
在即时通讯过程中，用户信息加密上链，通讯内容异步上链，并利用IPFS分布式存储系统记录加密后的聊天内容；同时，所述即时通讯系统使用区块节点和终端的IP信息映射，代替WebRTC的网络穿透方式和ICE中继服务；
对于单聊，在建立点对点连接后，将数据转化为二进制，并进行小节分割，每组数据携带序号和总分个数，实现并行传输和重组，提高数据传输性能，最大限度利用网络资源；对于群聊，小于等于预设人数，通过点对点协议进行消息扩散；大于预设人数的群聊，通过区块链节点间传播消息以实现群聊消息扩散，且，两种方式可自动切换。
2.如权利要求1所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统，其特征在于，所述应用层接收用户注册信息，将注册信息加密后创建区块节点并上链，同时所有区块节点进行信息同步。
3.如权利要求1所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统，其特征在于，所述数据服务层通过区块节点网络架构代替中心化服务的通讯架构，并通过IPFS分布式存储系统记录加密后的聊天信息；同时，通过目标用户IP穿透取代SIP信令服务，实现所述区块节点间的信息传递。
4.一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法，其利用了如权利要求1-3任一项所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯系统，其特征在于，所述方法包括：
通过客户端进行用户注册；
将注册信息加密后创建区块节点并上链，同时所有区块节点进行信息同步；
将用户的公网及内网IP及端口加密后同步至全网区块节点；
通过区块节点获取用户列表，选取好友进行通讯；
通过区块节点将通讯通知同步至目标节点；
目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将其IP信息同步返回；
源节点和目标节点通过穿透的ip及端口建立一对一的点对点通讯线路。
5.如权利要求4所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法，其特征在于，所述通过区块节点将通讯通知同步至目标节点，为了提高通讯速度，需利用路径最优算法获取最优线路来进行通讯通知的同步。
6.如权利要求4所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法，其特征在于，所述目标节点接收通知后使用自有私钥解析通讯内容，并将其IP信息同步返回，其通过网络扩散的方式将自身IP信息返回给源节点。
7.如权利要求4所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法，其特征在于，在一对一通讯时，建立点对点连接后，将数据转化为二进制，并进行小节分割，每组数据携带序号和总分个数，实现并行传输和重组。
8.如权利要求4所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法，其特征在于，在群聊过程中，对于小于预设人数的情况，通过点对点协议进行消息扩散；当大于等于预设人数时，通过区块链节点间传播消息以实现群聊消息扩散。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4-8任一项所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求4-8任一项所述的一种融合区块链及点对点通讯的即时通讯方法。
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