CN113569296A - 一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统及其实现方法，该系统包括：区块链节点，多个所述区块链节点相互通信，搭建区块链网络，且所述区块链网络上部署有智能合约，以进行数据传输；联盟链控制单元，其与所述区块链网络连接，用于进行Webase统一管理，实时监控各区块链节点的运行情况，以及新增或修改区块链网络；后端管理单元，其通过Java SDK中间件与所述区块链网络连接，用于调用智能合约；前端管理单元，其与所述后端管理单元连接，用于接收由后端管理单元从区块链网络中获取的数据。本发明实现了网络高度去中心化，网络节点动态配置，让所有区块链节点作为认证机构，保证了租赁系统的公正、公平、公开。

Description

一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，具体而言，涉及一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统及其实现方法。

背景技术

经过多年的发展，物联网应用取得长足发展。然而，大规模发展物联网仍然面临着一些关键性挑战，特别是如何平衡建设/运营成本与服务能力/效率问题。区块链技术有助于解决物联网跨行业、部门、跨网络服务系统的资源共享、数据安全传输、信用体系的构建等方面的问题。同时，大规模的互联网用户群体不仅是各类应用服务的使用者，更是网络空间大数据和应用服务的贡献者，其构成了支撑大量成功应用的群智资源。

来自人工智能、大数据、计算机协同工作和人机交互等领域的研究人员从不同的学术视角对此开展了研究，提出了众包、人计算、群体智能和社会计算等研究方向，同时工业界也推出了大量支撑数据协同的平台与应用。数据协同计算为大数据、统计机器学习等人工智能新技术的发展提供了极大的便利，而其核心在于对开放网络环境下的群智资源进行有效管理和协同利用以实现群体智能的最大化，若基于智能合约、及安全多方计算等技术，构建联盟链数据协同框架，则可以利用区块链技术可靠安全地进行数据交互，并且保证所有记录透明可追溯。

然而，随着智慧城市、共享经济等业务的快速发展，在将来的社会中共享经济一定会进一步发展，每个人都可以支付一定费用方便地租赁设备，每个人也都可以成为共享设备的提供者以赚取租赁费用，如果租赁网络的规模进一步扩大，没有任何公司、政府或第三方。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提出了一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统，包括：区块链节点，多个所述区块链节点相互通信，搭建区块链网络，且所述区块链网络上部署有智能合约，以进行数据传输；联盟链控制单元，其与所述区块链网络连接，用于进行Webase统一管理，实时监控各区块链节点的运行情况，以及新增或修改区块链网络；后端管理单元，其通过Java SDK中间件与所述区块链网络连接，用于调用智能合约；前端管理单元，其与所述后端管理单元连接，用于接收由后端管理单元从区块链网络中获取的数据。

作为优选方案，还包括可视化界面，所述可视化界面与前端管理单元连接，用于供用户进行注册账户、注册设备、租赁设备、账户查询和设备查询操作。

第二方面，本发明提出了一种如上所述基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法，包括如下步骤：S1，搭建区块链网络，并在所述区块链网络上部署智能合约；S2，周期性查询区块链网络的当前状态，并将查询数据展示在可视化界面上；

S3，通过可视化界面向前端管理单元发起租赁请求，所述租赁请求经后端管理单元解析为第一字符串信息，同时将当前系统时间作为开始租赁时间，调用智能合约将第一字符串数据传入区块链网络；S4，接收租赁请求后，多个区块链节点同时对所述第一字符串数据进行认证，认证通过后，允许数据上链，同时下发设备解锁命令，允许用户使用；S5，当用户使用完成后，通过可视化界面向前端管理单元发起归还请求，所述归还请求经后端管理单元解析为第二字符串信息，同时将当前系统时间作为结束租赁时间，调用智能合约将第二字符串传入区块链网络；S6，接收归还请求后，根据所述开始租赁时间和结束租赁时间计算租赁总时长，结合预设租赁单价计算租赁费用，从用户账户余额中扣除，同时将租赁费用增加到设备拥有者账户。

作为优选方案，所述搭建区块链网络，包括如下步骤：S101，提供多个物理机，多个物理机之间通过路由器相互访问，配置物理机的静态IP地址，并在命令行中使用Ping命令检测各个区块链节点之间的通信情况；S102，在物理机上配置区块链节点运行所需的环境；S103，下载建链脚本，根据区块链网络的实际情况修改ipconf配置文件，将区块链节点的ip地址与所属机构在ipconf配置文件一一对应配置；S104，执行建链脚本，根据ipconf配置文件中的配置自动生成搭建区块链网络所需的节点证书，通过SCP方式将生成的证书发送至各个区块链节点；S105，编写脚本，逐个访问区块链节点，执行指定目录下的区块链节点启动程序，所述启动程序将在当前区块链节点下运行docker容器，将预先设定的docker容器端口映射到物理机端口上实现与其他docker容器的通信；S106，全部区块链节点启动完毕后，选择任意一个区块链节点，执行查看命令，观察是否所有区块链节点都互相连接。

作为优选方案，所述认证包括查询租赁设备是否处于空闲状态，且发起租赁请求的用户账户余额是否大于0，若均为是，则认证通过。

作为优选方案，还包括新增区块链节点，具体为：S701，修改区块链节点部署配置文件，将新增区块链节点的ip地址和用于通信的端口信息，使用one_click_generator.sh脚本生成新区块链节点文件。S702，运行新区块链节点文件下的程序，所述程序自动运行docker容器，并自动与现有的区块链网络建立连接。

第三方面，本发明提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项所述方法的步骤。

第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

（1）采用区块链分布式智能网络体系架构，实现了网络高度去中心化，网络节点动态配置。网络节点可以是个人电脑、服务器等能够提供服务、存储数据、具有节点路由功能的设备。同时所有的区块链节点共同维护区块链系统，信息无缝流动并能够实现全球状态的快速更新，增强了系统对网络攻击的抵抗能力，提高了系统的可扩展性和鲁棒性。

（2）设计租赁系统智能合约，通过部署在区块链系统的智能合约，赋予区块链记录用户、设备、租赁时间等信息的能力，同时在区块链网络内部，将开始租赁设备和结束租赁设备分别作为一条交易记入区块链防止信息的篡改，保证了所有的租赁信息可追溯，系统根据开始时间和结束时间计算费用，免去了第三方机构认证的过程，让所有区块链节点作为认证机构，保证了租赁系统的公正、公平、公开。

（3）设计了基于Java SDK的区块链中间件，在区块链节点上搭建web用户可视化界面，方便用户使用租赁系统，同时降低用户使用区块链系统的门槛。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本发明实施例的基于联盟链的共享设施安全租赁系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的区块链网络的结构示意图；

图3为本发明实施例的联盟链控制单元的结构示意图；

图4为本发明实施例的基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法的流程示意图；

图5为本发明实施例的搭建区块链网络的流程示意图；

图6为本发明实施例的新增区块链节点的流程示意图；

图7为本发明实施例的联盟链控制单元的具体配置流程示意图；

图8为本发明实施例的后端程序与可视化界面的交互流程示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

根据本发明的一实施方式结合图1示出。本发明提出了一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统，包括：区块链节点、联盟链控制单元、后端管理单元、前端管理单元和可视化界面。

多个区块链节点相互通信，搭建区块链网络，且区块链网络上部署有智能合约，以进行数据传输。多个区块链节点之间可以通过有线方式通信也可以通过WiFi、4G、5G等无线方式通信。该智能合约定义了区块链网络的功能，区块链存储的数据均为加密格式，所以智能合约是用户与区块链内数据交互的唯一方式，本发明实施例的智能合约使用solidity语言编写，该智能合约的功能有：账户注册、设备注册、设备租赁、账户余额查询、设备状态查询等。

参见图2，区块链网络由多个物理机之间相互访问进行搭建，每个物理机配置有一个静态IP地址，每个物理机作为一个区块链网络节点，可与各类智能终端通信连接。智能终端可通过蓝牙、lora、zigbee等多种接入方式或多种通信方式的组合与区块链网络节点进行通信。该智能终端只需在区块链网络中进行注册便可作为一个租赁设备被他人租赁，从而通过租赁系统为其拥有者赚取租金。例如该智能终端可以为共享单车、路由器、打印机、笔记本电脑、智能手机等。一个智能终端同时只能被一个用户租赁，用户开始使用租赁得到的设备后，区块链网络中便将该设备的状态更新为忙碌，防止重复租赁。

上述联盟链控制单元与区块链网络连接，用于进行Webase统一管理，实时监控各区块链节点的运行情况，以及新增或修改区块链网络。该联盟链控制单元仅在配置区块链网络节点时发挥作用，本身不触及区块链网络上部署的智能合约和已经存储的区块链数据，所以不会对区块链的安全性造成威胁。

上述后端管理单元通过Java SDK中间件与区块链网络连接，Java SDK中间件基于Fisco-Bcos搭建，后端管理单元在区块链网络节点上配置有后台程序，允许后台程序方便的调用智能合约。该后台程序使用java基于Spring Boot编写，可扩展性强。

上述前端管理单元与后端管理单元连接，用于接收由后端管理单元从区块链网络中获取的数据。该前端管理单元使用VUE编写。可视化界面与前端管理单元连接，用于供用户进行注册账户、注册设备、租赁设备、账户查询和设备查询操作。

参见图3，上述联盟链控制单元基于Fisco-Bcos搭建，其包括WeBASE管理平台、节点管理服务模块、节点前置服务模块、节点管理服务数据库、签名服务模块、签名服务数据库和Fisco-Bcos节点。

具体的，Fisco-Bcos节点为运行Fisco-Bcos区块链的物理机，作为区块链网络的显示基础，为各个节点之间建立基本的通信网络提供支持。节点前置服务模块部署于运行Fisco-Bcos服务的物理机上，为区块链底层操作和签名服务模块提供了接口。位于节点前置服务模块上层的节点管理服务模块通过调用节点前置服务模块的接口操作区块链签名服务模块，动态的管理区块链各节点的签名，同时节点管理服务模块维护自身的节点管理服务数据库为WeBASE管理平台提供数据服务支撑。WeBASE管理平台通过节点管理服务模块的接口实时的展示区块链节点状态和交易信息，用户可以通过浏览器访问WeBASE管理界面对区块链节点进行动态管理。

参见图4，本发明提出了一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法，包括：

步骤S1，搭建区块链网络，并在区块链网络上部署智能合约。

参见图5，上述搭建区块链网络，包括如下步骤：

S101，提供多个物理机，多个物理机之间通过路由器相互访问，配置物理机的静态IP地址，并在命令行中使用Ping命令检测各个区块链节点之间的通信情况。

例如：利用1个路由器实现10台物理机之间的相互访问，区块链网络的结构如图2所示。在物理机上启动Linux操作系统，配置10台物理机的静态IP地址为192.168.1.200~209。

S102，在物理机上配置区块链节点运行所需的环境。例如：安装openssl、curl、java 14.0.2、docker等软件。

S103，下载Fisco-Bcos建链脚本build_chain.sh，根据区块链网络的实际情况修改ipconf配置文件，将区块链节点的IP地址与所属机构在ipconf配置文件中一一对应配置。该所属机构为与IP地址对应的联盟链组成部分。

S104，执行建链脚本build_chain.sh，根据ipconf配置文件中的配置自动生成搭建区块链网络所需的节点证书，通过SCP方式将生成的证书发送至各个区块链节点。

S105，编写脚本，逐个访问区块链节点，执行指定目录下的区块链节点启动程序，启动程序将在当前区块链节点下运行docker容器，将预先设定的docker容器端口映射到物理机端口上实现与其他docker容器的通信。

S106，全部区块链节点启动完毕后，选择任意一个区块链节点，执行查看命令，观察是否所有区块链节点都互相连接。

在实际搭建的区块链网络中进行压力测试，得到系统的峰值TPS可达4000，应该可以满足大部分情况的使用需求。

步骤S2，周期性查询区块链网络的当前状态，并将查询数据展示在可视化界面上。

在区块链网络节点上的后端程序开启后，每隔3s通过Java SDK中间件查询区块链网络的当前状态，包括区块链网络当前的区块链网络节点数量、交易数量、节点数等信息，根据交易数量的变化计算出数据传输的TPS，将所有的数据按照格式打包传输给可视化界面展示，方便用户查看。

步骤S3，通过可视化界面向前端管理单元发起租赁请求，租赁请求经后端管理单元解析为第一字符串信息，同时将当前系统时间作为开始租赁时间，调用智能合约将第一字符串数据传入区块链网络。

在发起租赁请求之前，还包括在租赁系统中注册账户和注册设备。注册账户具体为：将新账户的用户名和初始资金通过智能合约中的Account Register方法传入区块链网络中。

注册设备具体为：将新设备的设备编号、设备类型、小时租赁价格等信息通过Device Register方法注册到所属账户下，当有其他用户租赁该设备时，系统会根据租赁的时长计算租赁的总价格，将收益更新到设备拥有者的账户中。

步骤S4，接收租赁请求后，多个区块链节点同时对第一字符串数据进行认证，认证通过后，允许数据上链，将本次租赁请求作为一个最新区块添加在原本的区块链上，同时下发设备解锁命令，允许用户使用。

具体的，认证包括查询租赁设备是否处于空闲状态，且发起租赁请求的用户账户余额是否大于0，若均为是，则认证通过。

步骤S5，当用户使用完成后，通过可视化界面向前端管理单元发起归还请求，即在web界面中点击归还按钮。归还请求经后端管理单元解析为第二字符串信息，同时将当前系统时间作为结束租赁时间，调用智能合约将第二字符串传入区块链网络。

步骤S6，接收归还请求后，根据开始租赁时间和结束租赁时间计算租赁总时长，结合预设租赁单价计算租赁费用，从用户账户余额中扣除，同时将租赁费用增加到设备拥有者账户。

参见图6，本发明实施例中，还包括新增区块链节点，具体为：

S701，修改区块链节点部署配置文件，将新增区块链节点的ip地址和用于通信的端口信息，使用one_click_generator.sh脚本生成新区块链节点文件。

S702，运行新区块链节点文件下的程序，程序自动运行docker容器，并自动与现有的区块链网络建立连接。

基于Fisco-Bcos搭建的联盟链控制单元可以进行Webase统一管理，实时监控各个区块链节点的运行情况，同时可以新增或修改原有区块链网络。

如图7所示，上述联盟链控制单元的具体配置步骤如下：

S801，在区块链网络的任意节点上安装Python、PyMySQL软件环境。

S802，下载Webase部署安装包webase-deploy，修改配置文件，将文件中区块链网络的rpc通信端口按照实际情况填写。

S803，执行installAll命令在当前区块链网络节点上部署Webase区块链管理器。

参见图8，本发明实施例中，后端管理单元的后端程序与可视化界面的交互流程，包括如下步骤：

S901，后端程序使用Java Springboot框架，后端程序部署在区块链网络的任意节点上，可以在不同的区块链网络节点上同时部署，同时向区块链网络发出交易请求。

S902，将后端程序所在区块链网络节点的证书文件拷贝至Java后端程序的目录下，获得区块链网络的访问权限。

S903，Fisco-Bcos智能合约使用solidity语言编写，不能直接使用，需要先使用sol2java.sh脚本将solidity语言的智能合约转换成java语言，将转换之后的java智能合约导入后端程序。

S904，在后端程序中实例化Java SDK和Rent智能合约，即可直接通过程序调用智能合约中实现的功能。

S905，后端程序每3s查询一次区块链网络的状态并按照约定好的格式传输给前端管理单元。与前端管理单元连接的可视化界面使用VUE编写，可以动态将后端的数据展示给用户，使得用户可以方便地通过网页查看区块链网络状态和向区块链网络发送注册用户、租赁设备等请求。

本发明提出了一种电子设备，电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上任一项方法的步骤。

本发明提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上任一项方法的步骤。

应理解，所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括 ：U 盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明的有益效果包括：（1）采用区块链分布式智能网络体系架构，实现了网络高度去中心化，网络节点动态配置。网络节点可以是个人电脑、服务器等能够提供服务、存储数据、具有节点路由功能的设备。同时所有的区块链节点共同维护区块链系统，信息无缝流动并能够实现全球状态的快速更新，增强了系统对网络攻击的抵抗能力，提高了系统的可扩展性和鲁棒性。（2）设计租赁系统智能合约，通过部署在区块链系统的智能合约，赋予区块链记录用户、设备、租赁时间等信息的能力，同时在区块链网络内部，将开始租赁设备和结束租赁设备分别作为一条交易记入区块链防止信息的篡改，保证了所有的租赁信息可追溯，系统根据开始时间和结束时间计算费用，免去了第三方机构认证的过程，让所有区块链节点作为认证机构，保证了租赁系统的公正、公平、公开。（3）设计了基于Java SDK的区块链中间件，在区块链节点上搭建web用户可视化界面，方便用户使用租赁系统，同时降低用户使用区块链系统的门槛。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于联盟链的共享设施安全租赁系统，其特征在于，包括：

区块链节点，多个所述区块链节点相互通信，搭建区块链网络，且所述区块链网络上部署有智能合约，以进行数据传输；

联盟链控制单元，其与所述区块链网络连接，用于进行Webase统一管理，实时监控各区块链节点的运行情况，以及新增或修改区块链网络；

后端管理单元，其通过Java SDK中间件与所述区块链网络连接，用于调用智能合约；

前端管理单元，其与所述后端管理单元连接，用于接收由后端管理单元从区块链网络中获取的数据。

2.根据权利要求1所述的基于联盟链的共享设施安全租赁系统，其特征在于，还包括可视化界面，所述可视化界面与前端管理单元连接，用于供用户进行注册账户、注册设备、租赁设备、账户查询和设备查询操作。

3.一种如权利要求1或2所述基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，搭建区块链网络，并在所述区块链网络上部署智能合约；

S2，周期性查询区块链网络的当前状态，并将查询数据展示在可视化界面上；

S3，通过可视化界面向前端管理单元发起租赁请求，所述租赁请求经后端管理单元解析为第一字符串信息，同时将当前系统时间作为开始租赁时间，调用智能合约将第一字符串数据传入区块链网络；

S4，接收租赁请求后，多个区块链节点同时对所述第一字符串数据进行认证，认证通过后，允许数据上链，同时下发设备解锁命令，允许用户使用；

S5，当用户使用完成后，通过可视化界面向前端管理单元发起归还请求，所述归还请求经后端管理单元解析为第二字符串信息，同时将当前系统时间作为结束租赁时间，调用智能合约将第二字符串传入区块链网络；

S6，接收归还请求后，根据所述开始租赁时间和结束租赁时间计算租赁总时长，结合预设租赁单价计算租赁费用，从用户账户余额中扣除，同时将租赁费用增加到设备拥有者账户。

4.根据权利要求3所述的基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法，其特征在于，所述搭建区块链网络，包括如下步骤：

S101，提供多个物理机，多个物理机之间通过路由器相互访问，配置物理机的静态IP地址，并在命令行中使用Ping命令检测各个区块链节点之间的通信情况；

S102，在物理机上配置区块链节点运行所需的环境；

S103，下载建链脚本，根据区块链网络的实际情况修改ipconf配置文件，将区块链节点的ip地址与所属机构在ipconf配置文件一一对应配置；

S104，执行建链脚本，根据ipconf配置文件中的配置自动生成搭建区块链网络所需的节点证书，通过SCP方式将生成的证书发送至各个区块链节点；

S105，编写脚本，逐个访问区块链节点，执行指定目录下的区块链节点启动程序，所述启动程序将在当前区块链节点下运行docker容器，将预先设定的docker容器端口映射到物理机端口上实现与其他docker容器的通信；

S106，全部区块链节点启动完毕后，选择任意一个区块链节点，执行查看命令，观察是否所有区块链节点都互相连接。

5.根据权利要求3所述的基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法，其特征在于，所述认证包括查询租赁设备是否处于空闲状态，且发起租赁请求的用户账户余额是否大于0，若均为是，则认证通过。

6.根据权利要求3所述的基于联盟链的共享设施安全租赁系统的实现方法，其特征在于，还包括新增区块链节点，具体为：

S701，修改区块链节点部署配置文件，将新增区块链节点的ip地址和用于通信的端口信息，使用one_click_generator.sh脚本生成新区块链节点文件；

S702，运行新区块链节点文件下的程序，所述程序自动运行docker容器，并自动与现有的区块链网络建立连接。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求3-6任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3-6任一项所述方法的步骤。

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