CN113689188A - 基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统及其方法，该系统包括由多个节点构成的以太坊网络，以太坊网络通过智能合约中间层系统与用户端连接。该方法包括：通过合约载入方式，实现用户端与智能合约中间层系统的连接；用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络；用户端输出查询信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统根据查询信息从以太坊网络检验查询得到数据信息，以将校验通过的数据信息返回给用户端。与现有技术相比，本发明解决了在没有可信第三方的情况下信息不可信的问题，基于以太坊智能合约技术实现了数据信息的可靠存储和查询。

Description

基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统及其方法
技术领域
本发明涉及信息管理技术领域，尤其是涉及一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统及其方法。
背景技术
传统信息管理系统是通过一个中心化的应用系统，以实现对信息的各种处理，这种方案的一大弊端是中心化应用系统拥有对信息处理的绝对权限，信息可靠的前提是对中心化应用系统的信任，一方面难以保证信息的可信共享，另一方面，也无法保证信息的可追踪性及准确可靠性。
中国专利CN202011521882.8采用区块链技术实现信息存储，但该方案实际仍是一种中心化系统，各个查询节点没有拥有全部账本数据，最终查询的数据仍然是由外置系统返回的数据为准；而且该系统为中心化部署，其拥有数据处理的所有权限，只需要在该系统中将存储数据和验证哈希值对应的存储地址变更，即可实现成绩的变更，这就导致存储的数据容易被篡改。中国专利CN202011165969.6提出的技术方案同样未能实现去中心化部署，区块链数据无法做到多方可信。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统及其方法，以实现数据信息的可靠存储及查询，实现在没有第三方的情况下进行可信信息共享。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统，包括由多个节点构成的以太坊网络，所述以太坊网络连接至智能合约中间层系统，所述智能合约中间层系统与用户端连接，所述用户端通过智能合约中间层系统调用以太坊智能合约，以实现数据信息的存储和查询。
进一步地，所述以太坊网络具体为以太坊联盟链。
进一步地，所述以太坊网络内设置有智能合约模块，所述智能合约模块用于将用户端的数据信息按照设定的数据结构进行存储、根据用户端的查询信息校验查询相应数据。
进一步地，所述智能合约模块包括信息存储单元、查询单元和校验单元，所述信息存储单元用于将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络；
所述查询单元根据用户端的查询信息，从以太坊网络查询到相应数据后，由校验单元进行校验处理，校验通过后则由查询单元将查询到的数据返回给用户端。
一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，包括以下步骤：
S1、通过合约载入方式，实现用户端与智能合约中间层系统的连接；
S2、用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络；
S3、用户端输出查询信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统根据查询信息从以太坊网络查询得到数据信息，并通过对查询到的数据信息进行校验，以将校验通过的数据信息返回给用户端。
进一步地，所述步骤S1具体是用户端输入合约地址、节点信息、账户信息、用户愿意支付的gas价格、用户愿意花费的最高gas数量信息给智能合约中间层系统，以建立用户端与智能合约中间层系统之间的连接。
进一步地，所述设定的数据结构具体为：数据存储在映射storageInfo中，每条记录由keccak256哈希值作为key，Detail对象作为value，所述Detail对象包括ID、operateTime、info三个字段：
ID用于存储该条记录存储的所有信息加上交易时间的keccak256哈希值，该keccak256哈希值与storageInfo中的key相同；
operateTime用于存储本条数据存储时的时间，格式为Unix时间戳；
info为一个映射，用于存储具体的信息条目，由key和value一一对应，设置为字符串string格式。
进一步地，所述步骤S2的具体过程为：
S21、用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统；
S22、智能合约中间层系统生成数据存储对象，以调用相应的以太坊网络智能合约，将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、用户端输出查询信息给智能合约中间层系统；
S32、智能合约中间层系统生成数据查询对象，以调用相应的以太坊网络智能合约，从以太坊网络中检验查询得到对应的数据信息，将校验通过的数据信息返回给用户端。
进一步地，所述步骤S32具体是将查询信息中对应时间信息和业务信息进行keccak256哈希运算，得到查询主键，将查询主键与唯一主键进行比对，若二者一致，表明校验通过，则从以太坊网络中查询得到相应数据信息、并返回给用户端，否则返回“查询失败”通知信息给用户端，其中，唯一主键即为ID。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明基于以太坊智能合约实现一种去中心化的信息管理系统，通过构建由多个节点组成的以太坊网络，并通过智能合约中间层系统将用户端与以太坊网络相连接，使得用户端能够通过智能合约中间层系统调用以太坊智能合约，从而实现数据信息的存储和查询，由此解决在没有可信第三方的情况下信息不可信的问题，基于以太坊智能合约技术实现信息的可靠存储和查询。
二、本发明通过构建智能合约中间层系统，能够方便用户端调用以太坊网络的智能合约；本发明在以太坊网络中部署智能合约，利用其中的智能合约模块，能够将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络，也能根据用户端的查询信息，从以太坊网络校验查询得到相应数据，采用主键校验的方式，能够保证每一个唯一主键对应的时间信息和业务信息都完全是唯一的、不可更改的，有效避免发生信息篡改的问题。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的方法流程示意图；
图3为实施例中存储数据智能合约操作测试界面示意图；
图4为实施例中查询数据智能合约操作测试界面示意图；
图中标记说明：1、节点，2、以太坊网络，3、智能合约中间层系统，4、用户端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
为便于清楚描述本技术方案，首先对以下专业名词进行释义：
以太坊(Ethereum)：一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，通过其专用加密货币以太币(Ether，简称“ETH”)提供去中心化的以太虚拟机(Ethereum VirtualMachine)来处理点对点合约。
智能合约(Smart contract)：一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转。
如图1所示，一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统，包括由多个节点1构成的以太坊网络2，以太坊网络2连接至智能合约中间层系统3，智能合约中间层系统3与用户端4连接，用户端4通过智能合约中间层系统3调用以太坊智能合约，以实现数据信息的存储和查询。其中，以太坊网络2内设置有智能合约模块，智能合约模块用于将用户端4的数据信息按照设定的数据结构进行存储、根据用户端4的查询信息校验查询相应数据，智能合约模块包括信息存储单元、查询单元和校验单元，信息存储单元用于将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络2；
查询单元根据用户端的查询信息，从以太坊网络2查询到相应数据后，由校验单元进行校验处理，校验通过后则由查询单元将查询到的数据返回给用户端4。
在实际应用中，以太坊网络可以选择使用公链网络，也可以选择使用以太坊联盟链，使用公链网络的好处是节点众多，数据的可信度更高，但是执行智能合约的耗费也较高，而且因为每个公链节点都可以获取所有的历史数据，所以有些信息不适宜存储在公链上，本实施例中，信息管理系统的的以太坊网络选择以太坊联盟链比较合适，每个使用方可以启动一个或多个私有节点。
基于上述信息管理系统，以实现一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、通过合约载入方式，实现用户端与智能合约中间层系统的连接，具体是用户端输入合约地址、节点信息、账户信息、用户愿意支付的gas价格、用户愿意花费的最高gas数量信息给智能合约中间层系统，以建立用户端与智能合约中间层系统之间的连接；
S2、用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络，其中，设定的数据结构具体为：数据存储在映射storageInfo中，每条记录由keccak256哈希值作为key，Detail对象作为value，Detail对象包括ID、operateTime、info三个字段：
ID用于存储该条记录存储的所有信息加上交易时间的keccak256哈希值，该keccak256哈希值与storageInfo中的key相同；
operateTime用于存储本条数据存储时的时间，格式为Unix时间戳；
info为一个映射，用于存储具体的信息条目，由key和value一一对应，设置为字符串string格式；
具体的存储过程为：
用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统；
智能合约中间层系统生成数据存储对象，以调用相应的以太坊网络智能合约，将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络；
S3、用户端输出查询信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统根据查询信息从以太坊网络查询得到数据信息，并通过对查询到的数据信息进行校验，以将校验通过的数据信息返回给用户端，具体的校验查询过程为：
用户端输出查询信息给智能合约中间层系统；
智能合约中间层系统生成数据查询对象，以调用相应的以太坊网络智能合约，从以太坊网络中检验查询得到对应的数据信息，将校验通过的数据信息返回给用户端(将查询信息中对应时间信息和业务信息进行keccak256哈希运算，得到查询主键，将查询主键与唯一主键进行比对，若二者一致，表明校验通过，则从以太坊网络中查询得到相应数据信息、并返回给用户端，否则返回“查询失败”通知信息给用户端，其中，唯一主键即为ID)。
本实施例应用上述技术方案，首先设计部署在以太坊网络的智能合约：
1、智能合约数据结构
数据存储在映射storageInfo中，每条记录由keccak256哈希值作为key，Detail对象作为value，Detail对象拥有ID、operateTime、info三个字段。ID存储该条记录存储的所有信息加上交易时间的keccak256哈希值，和storageInfo中的key相同。operateTime存储本条数据存储时的时间，格式为Unix时间戳。info为一个映射，存储具体的信息条目，由key和value一一对应，设置为字符串string格式。key为提前设定好有特定意义的字符串名称，比如信息1、信息2、信息3等，具体使用过程中设置为相应的业务字段。具体合约代码如下：
Figure BDA0003225366690000061
2、智能合约关键函数
2.1、信息存储函数
Figure BDA0003225366690000062
Figure BDA0003225366690000071
本发明以info1到info10来代替需要存储的业务数据字段名称，将当前Unix时间戳和所有业务数据一起做keccak256哈希运算的结果作为该条存储记录的唯一key。
2.2、查询校验函数
Figure BDA0003225366690000072
在根据唯一主键对区块链存储数据进行查询时，合约会对主键进行校验，将该查询主键对应的时间信息和业务信息进行keccak256哈希运算后的结果与唯一主键进行比对，结果相等才会返回查询结果。这样能够保证每一个唯一主键对应的时间信息和业务信息都完全是唯一的，不可更改的。
2.3、查询函数
Figure BDA0003225366690000081
根据唯一主键查询该条记录的某一条业务数据，返回结果前会进行校验，如果校验不通过会返回错误信息。因为目前智能合约不支持返回结构体数据，而且返回数据量太大的话会导致栈溢出，本发明针对每一条业务数据进行单独返回。
本实施例还针对设计的智能合约进行了相应的操作测试：
1、存储数据
将本系统的智能合约部署完成之后，可以在Remix上进行调试，输入测试数据后点击transact如图3所示。调用成功后返回结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003225366690000082
Figure BDA0003225366690000091
2、查询数据
在Remix进行查询操作如图4所示，调用成功后返回结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003225366690000092
在搭建好以太坊网络并部署上智能合约之后，为了更方便地对智能合约进行调用，本发明设置智能合约中间层系统。每个用户节点可以部署本节点的智能合约中间层系统，也可以调用其他节点的智能合约中间层系统。该系统的关键函数实现如下：
1、合约载入函数
public static InfoStorage load(String contractAddress,Web3j web3j,Credentials credentials,BigInteger gasPrice,BigInteger gasLimit){
return new InfoStorage(contractAddress,web3j,credentials,gasPrice,gasLimit)；}
通过输入合约地址、节点信息、账户信息、用户愿意支付的gas价格、用户愿意花费的最高gas数量这些参数后，返回操作智能合约的对象。
2、存储数据函数
Figure BDA0003225366690000093
Figure BDA0003225366690000101
通过输入需要存储的信息，返回存储数据的调用对象，只需再调用该对象的send函数就可以在以太坊网络中存储业务信息。
3、查询数据函数
Figure BDA0003225366690000102
通过输入唯一主键，返回查询数据的调用对象，只需要再调用该对象的send函数就可以在以太坊网络中查询出该唯一主键对应的业务信息。
综上可知，采用本发明提出的技术方案，基于以太坊智能合约实现了一种去中心化的信息管理系统及方法，实际应用过程中可以部署在以太坊公链或者联盟链上，能够在没有第三方的情况下进行可信信息共享，且这些信息可追踪、不可篡改。

Claims (10)

1.一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统，其特征在于，包括由多个节点(1)构成的以太坊网络(2)，所述以太坊网络(2)连接至智能合约中间层系统(3)，所述智能合约中间层系统(3)与用户端(4)连接，所述用户端(4)通过智能合约中间层系统(3)调用以太坊智能合约，以实现数据信息的存储和查询。
2.根据权利要求1所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统，其特征在于，所述以太坊网络(2)具体为以太坊联盟链。
3.根据权利要求1所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统，其特征在于，所述以太坊网络(2)内设置有智能合约模块，所述智能合约模块用于将用户端(4)的数据信息按照设定的数据结构进行存储、根据用户端(4)的查询信息校验查询相应数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理系统，其特征在于，所述智能合约模块包括信息存储单元、查询单元和校验单元，所述信息存储单元用于将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络(2)；
所述查询单元根据用户端(4)的查询信息，从以太坊网络(2)查询到相应数据后，由校验单元进行校验处理，校验通过后则由查询单元将查询到的数据返回给用户端(4)。
5.一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过合约载入方式，实现用户端与智能合约中间层系统的连接；
S2、用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络；
S3、用户端输出查询信息给智能合约中间层系统，智能合约中间层系统根据查询信息从以太坊网络查询得到数据信息，并通过对查询到的数据信息进行校验，以将校验通过的数据信息返回给用户端。
6.根据权利要求5所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，其特征在于，所述步骤S1具体是用户端输入合约地址、节点信息、账户信息、用户愿意支付的gas价格、用户愿意花费的最高gas数量信息给智能合约中间层系统，以建立用户端与智能合约中间层系统之间的连接。
7.根据权利要求5所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，其特征在于，所述设定的数据结构具体为：数据存储在映射storageInfo中，每条记录由keccak256哈希值作为key，Detail对象作为value，所述Detail对象包括ID、operateTime、info三个字段：
ID用于存储该条记录存储的所有信息加上交易时间的keccak256哈希值，该keccak256哈希值与storageInfo中的key相同；
operateTime用于存储本条数据存储时的时间，格式为Unix时间戳；
info为一个映射，用于存储具体的信息条目，由key和value一一对应，设置为字符串string格式。
8.根据权利要求5所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：
S21、用户端输出待存储数据信息给智能合约中间层系统；
S22、智能合约中间层系统生成数据存储对象，以调用相应的以太坊网络智能合约，将待存储数据信息按照设定的数据结构存储至以太坊网络。
9.根据权利要求7所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、用户端输出查询信息给智能合约中间层系统；
S32、智能合约中间层系统生成数据查询对象，以调用相应的以太坊网络智能合约，从以太坊网络中检验查询得到对应的数据信息，将校验通过的数据信息返回给用户端。
10.根据权利要求9所述的一种基于以太坊智能合约的去中心化信息管理方法，其特征在于，所述步骤S32具体是将查询信息中对应时间信息和业务信息进行keccak256哈希运算，得到查询主键，将查询主键与唯一主键进行比对，若二者一致，表明校验通过，则从以太坊网络中查询得到相应数据信息、并返回给用户端，否则返回“查询失败”通知信息给用户端，其中，唯一主键即为ID。
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