CN113326504A - 一种防数据篡改的区块链上链方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防数据篡改的区块链上链方法，该方法包括如下步骤：S1、上链硬件系统与区块链节点进行身份相互验证，完成初始化身份认证；S2、上链硬件系统通过数据采集硬件接口从服务设备获取关键数据，并对关键数据进行身份签名和加密；S3、上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据，并对关联数据进行身份签名和加密；S4、上链硬件系统将关键数据和关联数据打包，并对打包数据进行身份签名和加密后发往区块链节点，完成数据上链。本发明的方法保证关键数据在上链前通过上链硬件系统的校验和保护机制，直接在区块链节点上进行上链，规避数据通过其他业务平台上链前被恶意修改的风险，保证上链数据的完整性和加密性。

Description

一种防数据篡改的区块链上链方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种防数据篡改的区块链上链方法。

背景技术

区块链是一种分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法的计算机技术的新型应用模式，其本质上是一个去中心化的数据库。区块链技术只能保证数据上链后，数据不可篡改，但是数据在上链前的真伪，不属于区块链能力的范畴，数据在其他业务平台上链前仍然存在被恶意修改的风险。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种防数据篡改的区块链上链方法。

本发明采用以下技术方案：

一种防数据篡改的区块链上链方法，该方法通过上链硬件系统实现，所述上链硬件系统包括外壳、CPU、上网模块、数据采集硬件接口、近场通信模块、SAM安全模块、特殊数据区域A_DT和硬件外壳防拆模块，该方法具体包括如下步骤：

S1、上链硬件系统与区块链节点进行身份相互验证，完成初始化身份认证；

S2、上链硬件系统通过数据采集数据采集硬件接口从服务设备获取关键数据，并通过SAM安全模块对关键数据进行身份签名和加密；

S3、上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据，并通过SAM安全模块对关联数据进行身份签名和加密；

S4、上链硬件系统将关键数据和关联数据打包，并通过SAM安全模块对打包数据进行身份签名和加密后发往区块链节点，完成数据上链。

进一步地，所述上链硬件系统是通过上网模块与区块链节点连接。

进一步地，所述上网模块采用以太网、4G网络、5G网络或wifi中的一种。

进一步地，步骤S3中，所述上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据前，先对所述通信设备的通信节点进行身份验证。

进一步地，所述近场通信模块用NFC、蓝牙、Zigbee、433M或2.5G中的一种。

进一步地，所述SAM安全模块用于密钥管理，所述SAM安全模块内烧录有所述区块链节点的安全数据，所述安全数据包括SAM ID、SAM私钥以及区块链公钥。

进一步地，还包括步骤S5、当所述上链硬件系统的外壳被拆除时，所述上链硬件系统的防拆模块控制所述特殊数据区域A_DT内的数据立刻自动清除。

进一步地，所述硬件外壳防拆模块通过电池供电。

进一步地，所述特殊数据区域A_DT通过电池供电。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

本发明提出一种结合硬件系统上链的方法，保证关键数据在上链前通过上链硬件系统的校验和保护机制，直接在区块链节点上进行上链，规避数据通过其他业务平台上链前被恶意修改的风险，同时硬件系统在数据上链前可以通过身份签名等安全技术，对其他相关数据，比如账户、交易金额、交易唯一流水等记账数据进行签名认证后，同关键数据一起打包上链，满足业务需求的同时，保证上链数据的完整性和加密性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，一种防数据篡改的区块链上链方法，该方法通过上链硬件系统实现，所述上链硬件系统包括外壳、CPU、上网模块、数据采集硬件接口、近场通信模块、SAM安全模块、特殊数据区域A_DT和硬件外壳防拆模块，该方法具体包括如下步骤：

S1、上链硬件系统与区块链节点进行身份相互验证，完成初始化身份认证；所述上链硬件系统是通过4G与区块链节点连接。所述近场通信模块用NFC、蓝牙、Zigbee、433M或2.5G中的一种。

该过程具体如下：区块链为每一个上链硬件系统分配一个唯一区块链ID序列号，该区块链ID序列号由8字节随机数ID_RQ+16字节直接固定数值ID_CQ组成，在上链硬件系统完成初始化授权前，ID_RQ全部为0，ID_CQ需要提前根据硬件授权智能合约，将需要接入上链硬件系统的真实ID_CQ先录入区块链中，同时每个上链硬件系统安装的SAM ID和SAM公钥也同步录入区块链中一起保存。

上链硬件系统本身也有硬件ID序列号，该硬件ID序列号由随机数ID_RY和固定数值ID_CY组成，上链硬件系统出厂后，ID_RY默认全部为0。首先判断SAM安全模块是否已经安装并且烧录了区块链有关安全数据(SAM ID、SAM私钥、区块链公钥等)，如果SAM模块已经准备好，上链硬件系统会自动生成8字节随机数ID_RY，将ID_RY和ID_CY结合在一起，向区块链获取N字节随机数R1，进行散列计算得到H_IDY，用SAM安全模块的私钥将{ID_RY，ID_CY，R1，H_IDY}一起进行加密，之后再用区块链的公钥进行加密，将数据送到区块链；区块链先用区块链的私钥进行解密，再用SAM安全模块的公钥再次解密，得到原始数据{ID′_RY，ID′_CY，R1′，H′_IDY}，先比较R1和R1′是否相同，如果相同再将{ID′_RY，ID′_CY，R1′}进行散列计算，如果值与H′_IDY一致，表示上传数据有效。区块链再判断接收到的ID′_CY是否已经在区块链中有记录(即：在区块链中存在相同值的ID_CQ)，如果有记录，并且相同值的ID_CQ对应的ID_RQ值全部为0，表示这个上链硬件系统还没有初始化授权，区块链重新将数据将ID′_RY、ID′_CY和R1′结合在一起，重新生成N字节随机数R2′，进行散列计算得到H′_IDQ，先用区块链私钥将{ID′_RY，ID′_CY，R1′，R2′，H′_IDQ}加密，再用SAM安全模块的公钥进行加密后发送给上链硬件系统，上链硬件系统接收到数据后，先用SAM安全模块的私钥对数据进行解密，再用区块链的公钥对数据进行解密，得到{ID′_RY,ID′_CY,R1′,随机数N字节R2,H′_IDQ}数据后，先判断R1′是否与R1相同，再将{ID′_RY,ID′_CY,R1′,随机数N字节R2}进行散列计算，如果值与H′_IDQ一致，表示区块链下发数据有效。上链硬件系统先判断ID′_CY是否与自己本身的ID_CY相同，如果相同再把ID_RY保存到特殊数据区域A_DT内，再返回确认数据给区块链。确认数据包含{ID_RY，ID_CY，R2，H_IDY}，采用上述相同的方法利用SAM卡私钥和区块链公钥分别加密后，发送给区块链节点。区块链接收到确认数据后利用区块链私钥和SAM卡公钥解密并签名验证数据判断R2是否相同，数据有效后再把接收到的ID_RY复制给区块链上相同值的ID_CQ对应的ID_RQ，这样新上链硬件系统在区块链上完成了初始化身份认证过程。

S2、上链硬件系统通过数据采集数据采集硬件接口从传感器或者其他采集服务设备获取关键数据，并通过SAM安全模块对关键数据进行身份签名和加密；

数据采集硬件接口可以以多种形式直接从传感器或者其他采集硬件获取关键数据，上链硬件系统直接连接传感器采集关键数据，传感器与上链硬件系统组合成完整的封闭硬件环境，杜绝三方接入和篡改数据的可能性。如果接入的是三方采集硬件系统，可利用SAM安全模块对通讯数据进行签名验证，确保数据的真实性。签名验证方法与S3类似。

S3、上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据，并通过SAM安全模块对关联数据进行身份签名和加密；所述上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据前，先对所述通信设备的通信节点进行身份验证。所述近场通信模块用NFC。

近场通信技术主要解决通信设备Dev_Q在不通过公网服务器情况下，直接将数据发送给上链硬件系统。通信设备Dev_Q首先需要在区块链平台上有注册，区块链上保存有通信设备Dev_Q的ID和公钥。通信设备Dev_Q发送的数据先进行预处理，步骤如下：先向上链硬件系统读取若干字节的随机数R4，将{要发送的数据}进行散列计算得到H_Q，将数据块{要发送的数据、H_Q}用Dev_Q的私钥进行加密处理，得到数据D1，把设备Dev_Q的ID、R4、D1结合，再用上链硬件系统的公钥进行加密，得到最终数据Data_q，连同设备Dev_Q的ID一起发送给上链硬件系统。上链硬件系统接收到数据Data_q，先用上链硬件系统的私钥进行解密，得到发送数据设备的ID、R4和D1，先判断R4是否与上次发送的数一致，如果相同上链硬件系统再从区块链查找ID对应设备的公钥，再用查找到的公钥对D1数据进行解密，得到{要发送的数据、H_Q}，将{要发送的数据}进行散列计算得到H′_Q，如果H′_Q和HQ相同，说明从外部通讯设备DEV_Q接收的关联数据有效。

S4、上链硬件系统将关键数据和关联数据打包，并通过SAM安全模块对打包数据进行身份签名和加密后发往区块链节点，完成数据上链。

该过程具体如下：上链硬件系统先向区块链索取N字节随机数R3，将服务设备中需要上链的数据DATA，配合特殊数据区域A_DT内的ID_RY，加上ID_CY，R3，先进行散列计算，得到H_BB，将原始数据块{DATA，ID_RY，ID_CY，R3，H_BB}打包，先用SAM安全模块的私钥加密，再用区块链公钥加密。一般情况下，DATA包含了硬件需要上链的所有数据，包括S2描述的关键数据和S3描述的关联数据。在系统无业务平台的情况，DATA可以仅仅包含关键数据。

区块链节点接收到数据后，先用区块链私钥解密数据，再用上链硬件系统的SAM安全模块的公钥解密，得到原始数据后，先将得到的随机数R3′与上次发送的R3做比较，如果相同，再将接收到的{DATA′，ID′_RY，ID′_CY，R3′}进行进行散列计算，得到的值与原数据的H_BB进行比较，如果相同说明数据是正确的。区块链再将接收到的ID′_RY和ID′_CY与内部的ID_CQ、ID_RQ做比较，如果也相同，说明这个数据经过硬件模块签名验证、区块链签名验证，数据是有效的，将数据DATA利用区块链共识算法正式发布到其他节点中将数据上链发布。

S5、当所述上链硬件系统的外壳被拆除时，所述上链硬件系统的防拆模块控制所述特殊数据区域A_DT内的数据立刻自动清除。所述硬件外壳防拆模块用于监测所述硬件设备的外壳是否被拆除，并将监测数据传输给所述上链硬件系统的CPU。所述防拆模块和特殊数据区域A_DT通过电池供电，电池供电可以保证数据掉电不遗失以及掉电后防拆模块依然保持正常工作。

本实施例以充电桩为例进行详细说明：

第一种情况：即存在业务平台，上链硬件系统通过数据采集硬件接口与充电桩(即服务设备)相连接，客户在使用充电桩充电时，利用手机APP首先通过业务平台开启充电桩业务，客户开始充电，充电完成后，客户支付订单，支付完成后，手机APP将用户的ID、充值金额、充值凭证、充值时间等关键信息打包加密后，将手机靠到充电桩NFC天线上，上链硬件系统读取相关数据，将数据做校验后，从充电桩获取真实的充电信息，把充电信息连同手机APP发过来的数据一起在区块链上链，这样避免充电数据作假的情况。

第二种情况：即无业务平台，充电桩的功能由硬件模块来控制。用户用手机APP输入需要充电的度数，金额等信息，并完成支付，手机APP将用户的ID、充值金额、充值凭证、充值度数等关键信息打包加密后，将手机靠到充电桩NFC天线上，硬件模块读取相关数据，将数据做校验，如果数据真实有效，即开启充电桩充电功能，按照数据规定电量总额充电，充电完成自动断电，并把此次交易数据信息上报给区块链做记录。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：该方法通过上链硬件系统实现，所述上链硬件系统包括外壳、CPU、上网模块、数据采集硬件接口、近场通信模块、SAM安全模块、特殊数据区域A_DT和硬件外壳防拆模块，该方法具体包括如下步骤：

S1、上链硬件系统与区块链节点进行身份相互验证，完成初始化身份认证；

S2、上链硬件系统通过数据采集硬件接口从服务设备获取关键数据，并通过SAM安全模块对关键数据进行身份签名和加密；

S3、上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据，并通过SAM安全模块对关联数据进行身份签名和加密；

S4、上链硬件系统将关键数据和关联数据打包，并通过SAM安全模块对打包数据进行身份签名和加密后发往区块链节点，完成数据上链。

2.如权利要求1所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：所述上链硬件系统是通过上网模块与区块链节点连接。

3.如权利要求2所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：所述上网模块采用以太网、4G网络、5G网络或wifi中的一种。

4.如权利要求1所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：步骤S3中，所述上链硬件系统通过近场通信模块从通信设备获取关联数据前，先对所述通信设备的通信节点进行身份验证。

5.如权利要求4所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：所述近场通信模块用NFC、蓝牙、Zigbee、433M或2.5G中的一种。

6.如权利要求1所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：所述SAM安全模块用于密钥管理，所述SAM安全模块内烧录有所述区块链节点的安全数据，所述安全数据包括SAM ID、SAM私钥以及区块链公钥。

7.如权利要求1所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：还包括步骤S5、当所述上链硬件系统的外壳被拆除时，所述上链硬件系统的防拆模块控制所述特殊数据区域A_DT内的数据立刻自动清除。

8.如权利要求7所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：所述硬件外壳防拆模块通过电池供电。

9.如权利要求8所述的一种防数据篡改的区块链上链方法，其特征在于：所述特殊数据区域A_DT通过电池供电。

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