CN113408752A - 一种基于区块链的垃圾回收监管系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于区块链技术领域，具体为一种基于区块链的垃圾回收监管系统和方法。本发明系统有五层结构：终端层，负责数据信息的收集，签名信息上传；密码服务层，椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)，哈希算法是SHA‑256；网络通信层，终端上传数据与节点的Http通信方式；合约层，交易管理合约；数据存储层，MongoDB；本发明目的为垃圾回收提供一个基于区块链的监管系统来确保每个环节的处理过程都是合法、难以作弊和可追溯的。

Description

一种基于区块链的垃圾回收监管系统和方法

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体为一种基于区块链的垃圾回收监管系统和方法。

背景技术

在现阶段我国对环境保护方面极度重视。相关法律法规的出台使得社会上有大量企业去涉足此方面，但是垃圾回收流程繁多。

传统的垃圾回收流程如下：

1. 各地区居民垃圾分类后定点投放；

2. 每天早晚间，垃圾分类车去各地区收集垃圾箱的垃圾；

3. 垃圾分类车运往小型垃圾处理中心去进行简单处理压缩；

4. 压缩后的垃圾运往垃圾处理厂进行最后的垃圾处理工作；

5.垃圾处理厂定期向相关部门报备垃圾处理结果来获取补助。

其中每个环节的处理结果过于中心化，回收流程中出现问题时很难排查到问题源头。

《上海市生活垃圾管理条例》第八章第四十八条有规定说：本市建立生活垃圾源头减量、全程分类、资源化利用、无害化处置的监督检查制度，有关部门应当及时向社会公开检查情况和处理结果，并接受社会监督。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于区块链存储信息的不可篡改，可追溯特性而发明的垃圾回收监管系统。同时本发明系统可定期的由合约层定期公开检查结果来供社会监督，实现监管目的。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种基于区块链的垃圾回收监管系统，其为五层结构，包括以节点的形式参与到区块链网络中的终端层、保证数据安全传输的密码服务层和网络通信层，保证数据真实上链的合约层和保证数据不可篡改，可追溯的数据存储层；其中：

终端层包括智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点；

智能垃圾箱节点，负责记录此箱收集的各种类垃圾的重量，签名上传终端数据格式的数据至区块链网络；垃圾车节点，负责记录收到的每个智能垃圾箱节点的信息并签名上传垃圾车数据格式的数据至区块链网络；垃圾处理中心节点，负责记录收集到的垃圾车节点的信息并签名上传垃圾处理中心数据格式的数据至区块链网络；垃圾厂节点，负责记录收集到的垃圾车节点的信息并签名上传垃圾处理厂数据格式的数据至区块链网络；监管节点，拥有查看区块链网络中的数据的权限；

密码服务层，通过以太坊的加密算法为终端层中智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点分别生成对应的密钥对；

网络通信层，通过http保证终端层中智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点与区块链网络数据传输的可靠性；

合约层，通过编写交易管理智能合约，负责终端层中智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点上传的数据按格式上链和对链上数据查询；

数据存储层，采用MongoDB的非关系型数据库进行区块数据的持久化。

本发明还提供一种基于区块链的垃圾回收监管方法，包括以下步骤：

（1）智能垃圾箱节点在垃圾车节点到达时，记录此智能垃圾箱节点的垃圾种类信息并通过网络通信层对信息进行签名上传至合约层；

（2）垃圾车节点在每收集一个垃圾车节点的信息时，通过智能化设备记录此次收集的智能垃圾箱节点的信息并通过网络通信层签名上传至合约层；

（3）垃圾处理中心节点在每收到一个垃圾车节点的信息时，通过智能化设备记录此次收集的垃圾车节点的信息并通过网络通信层签名上传至合约层；

（4）垃圾厂节点以固定周期去记录每次垃圾处理的信息，通过智能化设备记录此次收集的垃圾处理中心节点的信息并通过网络通信层签名上传至合约层；

（5）合约层根据收到的各节点的信息来源不同对信息进行分类，再利用监管节点的公钥进行加密上链；

（6）监管节点通过调用合约层的相关API去获取链上加密信息，并通过私钥解密这些加密信息。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明是基于区块链技术，该技术具有去中心化、不可篡改和可追溯等特点，适合于多个对等节点合作下的系统设计；其次垃圾回收流程中是多方合作，如果相关部门的监管仅仅是每月得到公司的报告信息，该数据信息有造假的可能，所以采用一个由多方进行验证并背书的机制去维护信息的可靠性，进而本发明基于区块链技术建立了一个可追溯和可验证的垃圾监管平台。

附图说明

图1为本发明的基于区块链的垃圾回收监管系统的层级图。

图2为垃圾车节点工作人员界面。

图3为监管节点工作界面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1

图1为本发明的基于区块链的垃圾回收监管系统的层级图。图2为垃圾车节点工作人员界面。图3为监管节点工作界面。

一种基于区块链的垃圾回收监管系统，其工作流程如下：

1. 各地区居民垃圾分类后定点投放（因大量的智能垃圾桶出现，每种垃圾的重量是完全可以被记录的）；

2. 垃圾分类车收集垃圾后称重并进行背书（因为流程1中已有记录资料，所以此环节如果故意做恶的话很容易被发现）；

3. 垃圾处理中心收到各垃圾车运来的垃圾进行分类压缩处理并进行背书操作（因为流程1,2的原因，此环节做恶也会被发现）；

4. 垃圾处理厂根据垃圾类别进行处理并进行背书操作（因1,2,3的原因，若此环节做恶也会被发现）；

5. 相关部门通过平台去监管各环节的工作量，不仅方便了相关部门的监管也使这整个流程更加透明化。条件允许的话，这些数据也可以在流程1的智能垃圾桶上展示，更有利于受大众的监督。

区块链的技术特点就是为了在去中心化的同时防止做恶节点捣乱。垃圾分类中的各个环节是由不同的人去参与的，每个环节都可能成为做恶的一方。这样的需求很是适合用区块链技术解决。

具体层级的工作细节如下：

终端层包括智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节和监管平台。其主要功能是为底层区块链提供的服务提供应用层接口。如：上传各类垃圾信息、时间戳和统计人员信息等。

密码层服务层主要功能是为参与到区块链网络中的节点提供计算机密码学级别的保护，例如：针对每个工作人员的身份证号进行SHA-256算法可以生成密钥种子，再利用椭圆曲线算法，为工作人员生成密钥对。这样可以保证所有的数据信息是真实由持有此私钥的人员操作的。同时为了保证工作人员的私钥不被泄漏，签名和私钥生成都可以在本地进行生成，但是其公钥和身份信息需要注册在平台上。

网络通信层则是采用Http协议进行数据传输，终端节点在获取传输的数据后首先会进行验证操作，因为所有的工作人员的注册都是在平台上登记的，所以平台拥有其公钥，此时需要利用平台提供的公钥进行消息验证，对于验证成功后的数据信息则会进行上链操作。

合约层是代码程序，合约层编写的内容则是由平台在参考到实际业务场景来制定的。合约层主要提供以下几个功能：上链功能、验证功能、定时公布链上信息功能、追溯功能和数据信息差异检测功能。

1）上链功能：每个终端节点在与下一流程的节点完成交互之后会对该次交互的信息进行统计后发送此消息至平台中心请求验证，得到准许后签名上链

2）验证功能：平台的智能合约在收到此请求信息后，验证该信息的签名者，如果为真，则返回准许信息；否则返回不许信息。

3）定时公布链上信息功能：平台的智能合约将该功能设置为定时服务，每隔一段时间将这段时间链上的新增信息进行统计编号返回给平台中的所有节点；并在平台页面上进行信息展示。

4）追溯功能：每则信息从源头节点获取后会产生一个由密码服务层计算后的hash值，该值依次会经过垃圾处理流程中的所有节点信息进行签名认证。当对于一条hash值进行追溯时，将会遍历链上关于此hash值的记录信息，根据每段签名信息进行数据信息差异检测功能，处理结果在平台上显示。

5）数据信息差异检测功能：由于真实的业务场景难免存在误差行为，所以根据每吨每种垃圾都会存在一个误差值（具体数值由平台设置），当误差值不在此范围内，该条垃圾的处理流程则会被标注。

数据存储层：该平台底层应用MongoDB数据库存储，对于数据的存储则是以key-value形式存储于非关系型数据库中。存储的数据内容：hash值、data值、签名和阶段等信息。

1) Hash值：智能垃圾箱（源节点）根据时间戳和此类垃圾的重量及自己的公钥信息进行hash-256运算得出。

2) Data值：此批次垃圾信息的具体数值，如湿垃圾：50kg、干垃圾：20kg等

3) 签名：一个批次的垃圾正轨流程中会经过4个阶段，每个阶段都会被不同的节点进行处理后签名。

4 )阶段：代表此条信息是处于哪个阶段。

以上内容是本发明的具体细节内容，本发明利用区块链技术设计了一套监管平台有效的去监管相关企业，严格规范处理流程和各资源信息透明化。

Claims (5)

1.一种基于区块链的垃圾回收监管系统，其特征在于，该系统分为五层结构，以节点的形式参与到区块链网络中的终端层、保证数据安全传输的密码服务层和网络通信层，保证数据真实上链的合约层和保证数据不可篡改，可追溯的数据存储层；其中：

终端层包括智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点； 智能垃圾箱节点，负责记录此箱收集的各种类垃圾的重量，签名上传终端数据格式的数据至区块链网络；垃圾车节点，负责记录收到的每个智能垃圾箱节点的信息并签名上传垃圾车数据格式的数据至区块链网络；垃圾处理中心节点，负责记录收集到的垃圾车节点的信息并签名上传垃圾处理中心数据格式的数据至区块链网络；垃圾厂节点，负责记录收集到的垃圾车节点的信息并签名上传垃圾处理厂数据格式的数据至区块链网络；监管节点，拥有查看区块链网络中的数据的权限；

密码服务层，通过以太坊的加密算法为终端层中智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点分别生成对应的密钥对；

网络通信层，通过Http保证终端层中智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点与区块链网络数据传输的可靠性；

合约层，通过编写交易管理智能合约，负责终端层中智能垃圾箱节点、垃圾车节点、垃圾处理中心节点、垃圾厂节点和监管节点上传的数据按格式上链和对链上数据查询；

数据存储层，采用MongoDB的非关系型数据库进行区块数据的持久化。

2.根据权利要求1所述的垃圾回收监管系统，其特征在于，密码服务层使用哈希算法和椭圆曲线数字签名算法。

3.根据权利要求1所述的垃圾回收监管系统，其特征在于，合约层主要包括以下模块：上链模块、验证模块、定时公布链上信息模块、追溯模块和数据信息差异检测模块；其中：

上链模块，用于终端层的每个节点在与下一流程的节点完成交互之后会对该次交互的信息进行统计后发送请求的验证，得到准许后签名上链；

验证模块，用于验证该信息的签名者，如果为真，则返回准许信息；否则返回不许信息；

定时公布链上信息模块，用于每隔一段时间将这段时间链上的新增信息进行统计编号返回给终端层上的所有节点，并进行信息展示；

追溯模块，每则信息从智能垃圾箱节点获取后会产生一个由密码服务层计算后的hash值，该值依次经过终端层中的节点信息进行签名认证；当对于一条hash值进行追溯时，遍历链上关

于此hash值的记录信息，根据每段签名信息进行数据信息差异检测，并显示处理结果；

数据信息差异检测模块，用于不在误差值范围内的垃圾处理流程的标注。

4.根据权利要求1所述的垃圾回收监管系统，其特征在于，数据存储层存储的数据内容包括hash值、data值、签名和阶段信息；

Hash值：智能垃圾箱节点根据时间戳和此类垃圾的重量及自己的公钥信息进行hash-256运算得出；

Data值：此批次垃圾信息的具体数值；

签名：一个批次的垃圾回收流程中会经过智能垃圾箱、垃圾车、垃圾处理中心、垃圾厂回收四个阶段，每个阶段被相应的节点进行处理后签名；

阶段：代表此条信息是处于哪个阶段。

5.一种根据权利要求1所述的基于区块链的垃圾回收监管方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）智能垃圾箱节点在垃圾车节点到达时，记录此智能垃圾箱节点的垃圾种类信息并通过网络通信层对信息进行签名上传至合约层；

（2）垃圾车节点在每收集一个垃圾车节点的信息时，通过智能化设备记录此次收集的智能垃圾箱节点的信息并通过网络通信层签名上传至合约层；

（3）垃圾处理中心节点在每收到一个垃圾车节点的信息时，通过智能化设备记录此次收集的垃圾车节点的信息并通过网络通信层签名上传至合约层；

（4）垃圾厂节点以固定周期去记录每次垃圾处理的信息，通过智能化设备记录此次收集的垃圾处理中心节点的信息并通过网络通信层签名上传至合约层；

（5）合约层根据收到的各节点的信息来源不同对信息进行分类，再利用监管节点的公钥进行加密上链；

（6）监管节点通过调用合约层的相关API去获取链上加密信息，并通过私钥解密这些加密信息。

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