CN113726822A - 一种工业互联网异构设备的通用区块链系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业互联网异构设备的通用区块链系统。该系统包括：通用区块链模块和设备可信管控模块，其中所述通用区块链模块用于对不同类型的异构设备进行接口对接和数据交互，利用加载的区块链程序对数据进行安全处理，并通过端侧通信协同协议保证异构设备之间的有效数据传输；所述可信管控模块基于智能合约统一管理异构设备和所述通用区块链模块。本发明设计通用型区块链模块以及基于区块链模块的可信管控技术，保证了大规模工业互联网场景下，异构设备数据交互安全可靠。

Description

一种工业互联网异构设备的通用区块链系统

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，更具体地，涉及一种工业互联网异构设备的通用区块链系统。

背景技术

区块链和工业互联网融合发展受到了国内外广泛关注，区块链依照自身技术特性为工业互联网提供可信协作、隐私保护等技术优势，而工业互联网则为区块链应用提供了大量应用场景，两者相辅相成。加快区块链与工业互联网深度融合，有利于构建可信数据资源存储、管理和服务体系，推动工业互联网平台数据的归属确权、可靠交易和传输安全。

自从区块链技术与工业互联网深入融合概念提出，IBM致力于将区块链的解决方案应用于各个行业，其创立了Hyperledger开源项目并推出区块链服务平台BaaS，在医疗、金融、食品等多行业领域提供了相应的区块链方案。同时，微软启动了“AzureBaas”计划以及Bletchley计划，将区块链引入Azuze，为使用Azure云服务的客户提供BaaS服务，并与合作伙伴在金融、零售、数字内容、商品溯源等方面展开了区块链解决方案的探索。

随着区块链技术在各行业的应用潜力逐渐得到释放，从2016年开始，一些传统金融机构和金融科技企业先后涉足区块链金融场景应用。目前，许多企业在区块链专利、底层BaaS平台和行业解决方案均取得了一定成绩，主要布局在底层平台、行业应用以及区块链硬件三个方向。

尽管现如今区块链技术在各行业以及工业互联网等场景下发展迅速，并且各个互联网公司也进行了不断的尝试和努力。但是，对于大规模工业互联网，由于各类工业场景边端部署来自不同的厂商、品牌边端设备，这导致在实际大规模工业场景下，将出现设备异构、数据交互信任等问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种工业互联网异构设备的通用区块链系统，旨在设计面向各类工业场景边侧设备的通用式区块链系统，以解决大规模工业互联网下异构设备数据交互困难和不信任问题。

本发明的技术方案是：所提供的工业互联网异构设备的通用区块链系统包括通用区块链模块和设备可信管控模块，其中所述通用区块链模块用于对不同类型的异构设备进行接口对接和数据交互，利用加载的区块链程序对数据进行安全处理，并通过端侧通信协同协议保证异构设备之间的有效数据传输；所述可信管控模块基于智能合约统一管理异构设备和所述通用区块链模块。

与现有技术相比，本发明的优点在于，针对目前面临的异构设备导致的通用性问题以及数据安全问题，设计通用型区块链模块，并提出了基于区块链模块的可信管控技术，进一步保证了大规模工业互联网场景下，异构设备数据交互安全可靠。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一个实施例的工业互联网异构设备的通用区块链系统示意图；

图2是根据本发明一个实施例的区块链模块设备模型示意图；

图3是根据本发明一个实施例的通讯接口归一化设计示意图；

图4是根据本发明一个实施例的端侧协议系统方案设计示意图；

图5是根据本发明一个实施例的应用可信管控技术方案设计示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明设计通用型区块链模块并提出了基于区块链模块的可信交互技术，从而保证大规模工业互联网下，异构设备数据交互安全可靠。参见图1所示，所提供的基于工业互联网异构设备的通用区块链系统架构整体上包括通用区块链模块和设备可信管控模块。

对于通用区块链模块，主要包括归一化通讯接口模块S2、区块链程序模块S3以及端侧通信协同协议模块S4。归一化通讯接口模块主要用于终端设备与区块链模块之间的数据交互与通信。区块链程序模块加载了相关了区块链程序及功能。端侧通信协同协议模块用于保证异构设备不同协议之间的协同交互。通过设计区块链模块的三种不同功能，不但结合了区块链的信息安全性，并保证了异构设备之间能够通用交互，数据安全无差错。对于图1的架构，从终端以及功能模组、设备与设备之间通信协议等方面入手，通过设计虚拟端口通道等方式，实现设备模块数据之间的安全交互传输。

例如，设备A与异构设备B进行数据交互通讯，此时通用区块链模块基于归一化接口技术与设备A进行接口对接，并进行数据交互。然后，通用区块链模块利用加载的区块链程序模块对设备A数据进行安全处理，保证数据传输的安全有效。最后，通过端侧通信协同协议，保证异构设备A与设备B之间能够进行有效的数据传输并保证数据的有效无缺失。

此外，为了保证针对异构设备A与设备B数据交互的可信管控，异构设备A、B以及区块链模块将由设备可信管控模块进行统一管理。

具体地，归一化通讯接口模块旨在归一化设备模块接口，建立设备与模块接口之间的数据通路。在一个实施例中，其包括设备模型以及信息交换模型设计。设备模型定义为终端设备与模块接口之间物理数据通路架构。如图2所示，终端设备可与多个模块设备接口建立链接，例如通过Linux USB Gadget等技术，将区块链或者其他模块设备接口配置为与终端设备适配的虚拟接口，设备和模块之间建立传输以太网数据包通道。在一个实施例中，终端与功能模块之间的物理通信通道为USB，其中终端作为主设备，功能模块作为从设备，为USB组合设备，支持多个子设备接口。例如，一个usb 设备有一个设备描述符；有一个或者多个配置描述符；一个配置描述符有一个或者多个接口。一个接口有0个或者多个端点。

信息交换模型定义了终端设备与功能模组数据交互的上层设计，如图3所示，功能模块的USB接口实现为USB Composite Device（USB复合装置或设备），每一个子设备接口对应一个虚拟通道，功能模块子设备接口特征及数量可由功能模块定义。例如，虚拟通道1对应子设备接口1，该通道作为管理通道，用于传输设备与功能模块之间的控制信息，其他虚拟通道为数据传输通道。

对于区块链程序模块，可以导入现有的区块链安全程序以及机制，功能模块基于区块链程序模块对传输数据进行安全保护操作，从而保证异构设备之间的数据传输能有安全有效。

对于端侧通信协同协议模块，由于设备端侧存在各种不同工业协议规约，从而导致设备端侧出现“烟囱林立”现象。为此，设计了一种跨协议转发的服务插件（或称为EdgeComm），用于解决上述现象。如图4所示，Edge Comm支持GRPS、以太网串口等多种通讯方式，同时覆盖了多种工业规约，从而能够有效地实现通信协议转换，将传入的数据格式进行转换并转发，并且支持AGC/AVC控制功能，有效保证异构设备之间的通讯与数据交互。

异构设备可信管控模块如图5所示。利用区块链的智能合约技术结合上述设计的“区块链”模块，设计了异构设备可信管控技术。在工业应用场景下，分布式异构设备之间存在安全性以及可信性隐患，需要依靠“区块链+”设备模块以及区块链技术，为大规模异构设备提供数据传输安全、可信管控方案，从加快设备接入以及应用设备部署。而智能合约是一种特殊协议，旨在提供、验证及执行合约。具体来说，智能合约是区块链被称之为“去中心化的”重要原因，它允许在不需要第三方的情况下，执行可追溯、不可逆转和安全的交易。智能合约包含了有关交易的所有信息，只有在满足要求后才会执行结果操作。智能合约和传统纸质合约的区别在于智能合约是由计算机生成的，不受任何人为干预影响，具有公平、公正、透明的特性。通过智能合约作为“区块链+”设备的可信管控技术，基于区块链模块，能够有效在各工业互联网设备上部署智能合约技术。并且利用智能合约不受任保人干预影响特性，从而有效地保证了异构设备控制指令的安全准确性。

综上所述，本发明提供基于通讯接口归一化设计以及端侧协议协同的架构与方案，利用通讯接口归一化以及端侧协议协同结合实现区块链设备模块通用化。归一化通讯接口协议定义了终端与功能模组之间的接口通信协议，保证终端和功能模组之间信息交换无差错。区块链程序模块用于加载常用的区块链程序与机制，可以保证数据传输的安全性。端侧协议协同协议定义了设备之间的通讯协议协同，实现不同设备系统间的数据通信，打通不同通信协议间的数据通路，进一步提高数据交互安全可靠性。并且本发明实现“区块链+”设备和应用可信管控技术，为分布式异构设备和工业应用提供数据安全传输，加速设备接入和应用部署。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++、Python等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种工业互联网异构设备的通用区块链系统，包括：通用区块链模块和设备可信管控模块，其中：

所述通用区块链模块用于对不同类型的异构设备进行接口对接和数据交互，利用加载的区块链程序对数据进行安全处理，并通过端侧通信协同协议保证异构设备之间的有效数据传输；

所述可信管控模块基于智能合约统一管理异构设备和所述通用区块链模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通用区块链模块包括归一化通讯接口模块、区块链程序模块以及端侧通信协同协议模块，其中归一化通讯接口模块用于异构设备与所述通用区块链模块之间的数据交互与通信；区块链程序模块用于加载区块链程序的硬件设施与程序依赖；端侧通信协同协议模块用于异构设备不同协议之间的协同交互。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述归一化通讯接口模块包括设备模型和信息交换模型，其中设备模型用于定义异构设备与功能模块接口之间的物理数据通路架构，信息交换模型用于定义异构设备与功能模组数据交互的上层设计。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，对于所述设备模型，通过Linux USBGadget技术，将区块链或者其他模块设备接口配置为与异构设备适配的虚拟接口，异构设备和模块之间建立传输以太网数据包通道。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，对于所述信息交换模型，功能模块的USB接口实现为USB复合设备，每一个子设备接口对应一个虚拟通道，且设置管理通道对应的虚拟通道以及数据传输通道对应的虚拟通道。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述区块链程序模块用于导入区块链安全程序和机制，功能模块基于区块链程序模块对传输数据进行安全保护操作。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述端侧通信协同协议模块包括跨协议转发的服务插件，用于支持多种通讯方式并覆盖多种工业规约，并支持AGC/AVC控制功能，用于异构设备之间的通讯与数据交互。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可信管控模块基于智能合约控制异构设备和所述通用区块链模块之间的交互。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

对不同类型的异构设备进行接口对接和数据交互；

利用加载的区块链程序对数据进行安全处理；

通过端侧通信协同协议保证异构设备之间的有效数据传输；

基于智能合约控制异构设备在区块链上的交互。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，在所述存储器上存储有能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

对不同类型的异构设备进行接口对接和数据交互；

利用加载的区块链程序对数据进行安全处理；

通过端侧通信协同协议保证异构设备之间的有效数据传输；

基于智能合约控制异构设备在区块链上的交互。

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