CN113905051A - 一种智慧城市跨部门信息交互架构系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智慧城市跨部门信息交互架构系统及方法，该系统用于实现跨部门之间的数据可信安全访问以及隐私保护，所述系统包括：传感器或硬件模块，用于获取数据；语义中间件Middleware L0模块，用于处理并传输数据给区块链模块；采用同构多链技术构建的区块链模块，用于接受数据信息并进行验证和共识。与现有技术相比，本发明实现了数据可信安全访问以及隐私保护，具有安全性高、信息交互快捷的优点。

Description

一种智慧城市跨部门信息交互架构系统及方法
技术领域
本发明涉及智慧城市信息交互领域，尤其是涉及一种智慧城市跨部门信息交互架构系统及方法。
背景技术
随着科技的进步，生活的方方面面都与电子信息技术相结合，城市的系统和服务也在进行连接和整合，提高资源运行效率，优化城市管理和服务，提高市民的生活质量，最终形成智慧城市。同时，随着物联网、云计算、区块链等新一代技术的快速发展，最初相对初级的智慧城市模式正逐步演化为具有可信共享、隐私保护、和互联能力的新型智慧城市。
区块链安全可信、不可篡改的优势与新型智慧城市跨部门高可信资源共享的契合度极高，城市级基础设施的高效协同管控，对数据隐私安全保护也具有更高要求。因此城市物联网有必要深度结合区块链、边缘计算、云链融合等技术，支持物联网数据安全可信共享。智慧城市中部门众多，单链很难完全满足所有部门的使用需求，比如数据格式、数据传输及存储方式，上链难度等等都有多区别，而跨链技术目前有各种各样的限制并且实现困难。
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安全性高、信息交互快捷的智慧城市跨部门信息交互架构系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的第一方面，提供了一种智慧城市跨部门信息交互架构系统，该系统用于实现跨部门之间的数据可信安全访问以及隐私保护，所述系统包括：
传感器或硬件模块，用于获取数据；
语义中间件Middleware L0模块，用于处理并传输数据给区块链模块；
采用同构多链技术构建的区块链模块，用于接受数据信息并进行验证和共识。
优选地，所述区块链模块包括飞度链和Fabric，通过各自所连接的路由进行信息交互。
优选地，所述信息交互的线路为Router Block Chain。
优选地，不同部门通过在Router BlockChain添加新的路由节点以使用不同的区块链，保证了架构的可扩展性。
优选地，所述同构多链技术为：不同的链使用相同的程序，用于提高区块链接受信息后进行验证和共识的速度。
根据本发明的第二方面，提供了一种基于上述的种智慧城市跨部门信息交互架构系统的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：语义中间件Middleware L0模块搜集请求信息，并统一化格式；
步骤S2：语义中间件Middleware L0模块将请求发到区块链模块接入层AccessSVR；
步骤S3：区块链模块接入层Access SVR对请求做部分验证，有效的请求根据from地址路由到分区链的peer节点；所述peer节点针对请求做严格数据验证，验证成功的数据在本链中广播；
步骤S4：作为达成共识和产生区块的记账节点validator收到待打包数据后，先验证一次数据的有效性，然后按照共识算法打包数据并对新产生的区块进行投票；在所有validator节点达成共识之后，新的区块入链，链中其他节点也都会同步最新入链的区块到本地；
步骤S5：链间通信服务监听到一个新的区块，就针对区块中的每一条数据，验证to地址是否在Fabric链，如果在本链则不处理；否则按照链间通信协议将该数据转发到目标分区链；
步骤S6：Fabric收到跨链数据，首先验证数据有效性，如果验证通过，则在目录分区链广播数据，并按正常流程打包入链；
步骤S7：目标分区链的链接通信服务监听到新的区块，同样会针对块中的每一笔数据进行处理，如果to地址不在本链就进行转发；最终再通过中间件middleware将数据发送给目标地址。
优选地，所述步骤S3中的严格数据认证包括：签名和账户信息认证。
优选地，所述步骤S6中的验证信息包括该数据在源链所属区块的区块头信息、验证人投票信息和to地址。
根据本发明的第二方面，涉及了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时上述的方法。
根据本发明的第三方面，涉及了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明参考同构多链技术构建了一个适用于智慧城市的区块链架构系统，智慧城市各部门可以分别使用不同的区块链实现数据及信息的可信共享传递，通过多链技术完成部门间的信息可信安全传递；
2)本发明设计的区块链架构模式，通过结合语义中间件和同构多链将一条条相对独立(独立进行共识)的链组合起来，每条链有多个节点，不同的账户数据和业务数据分布在不同的链上，在保证互不信任的组织之间的数据的隐私保护的同时，也大大加快了信息传递的速度；
3)将语义中间件技术用于智慧城市区块链中
利用语义中间件，传感器能够以一种通用的格式来表示它们获取的数据，方便数据分析和数据传递的进行；在智慧城市中各种数据格式、词汇表和本体已被用于表示有限的知识域；语义传感器网络和传感器、观测、样本和执行器本体共同组成了传感器应用的知识表示；将语义中间件技术应用于智慧城市区块链架构找中简化了数据上链的难度，提高了智慧城市区块链的效率；
4)支持多链并发执行和链间通信
不同链上的数据可以并行打包入链，多链结构的区块链同时多个区块打包数据并行落盘存储，在单位时间内，上链的数据量扩大了多倍，降低了数据入链的延迟，降低了因为排队导致入链开销升高的概率；
5)业务数据可分离
在本区块链架构上，用户数据和业务数据分布在不同的单链上，单链与单链之间没有直接的关联关系，所以不同业务的数据其实是分离的；数据分离的好处就是一个单链上的节点只能看到属于它这条链上的数据，其他链上的数据一定程度上是看不到的；两个不同的部门之间，更关心的是自己部门相关的数据，所以能看到本部门业务所在的单链数据是第一需求，因此只需要作为一个节点加入这条单链，就可以看到所有与自身业务相关的数据；在这个过程中，无关的数据比较少，使用便捷。
附图说明
图1为同台多链的结构示意图；
图2为本发明的架构示意图；
图3为实施例中的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
智慧城市中的智慧交通部门、智慧楼宇部门、智能管网部门等等部门内部拥有与其他部门之间相互独立的业务，各个部门使用的区块链相互独立，保证了部门内部信息的安全。当某一部门希望取得或获取其他部门的信息时，接入层将请求路由到发送方所在的链上进行区块打包与共识，提高了整体的数据入链效率和并发数，实现各私有链之间信息的可信传递和共享。
本发明的功能是实现跨部门之间的数据可信安全访问以及隐私保护。同构多链框架带来了性能的提升，加强了业务的可扩展的，并缩小了存储需求。多链是指多条链，不同用户的数据会落到不同的链上，同构代表每一条链用的程序是一样的。单个节点只需负责单一链上的相关数据，不仅对存储的需求变小，同时性能得到了极大提升。而且由于多链是可以无限扩展的，再加上了同构的特性，由此又得到性能上的扩展。同构多链的基本结构如图1所示。
下面结合图2给出本发明的系统实施例。
传感器或硬件通过middleware L0将数据传递给区块链，保证了设备信息的可传递性和高效性。
区块链接入层接受数据信息并进行验证和共识，实现信息交互的可信安全。
飞度链、Fabric等用于智慧城市的区块链是通过同构多链技术构建的，通过各自所连接的路由进行信息的交互。整个进行信息交流的线路称为Router BlockChain
由于同构多链的特性，不同的链使用相同的程序，因此另一区块链接受信息后进行验证和共识的速度相较于非同构的链十分迅速，保证了信息传递的及时性和有效性。
不同部门要使用不同的区块链也可以通过在Router BlockChain添加新的路由节点完成，保证了架构的可扩展性。
结合图3给出本发明的方法实施例，具体包括以下步骤：
步骤S1：中间件Middleware搜集请求信息，并统一化格式；
步骤S2：中间件Middleware将请求发到区块链接入层Access SVR；
步骤S3：飞度链接入层Access SVR对请求做部分验证，有效的请求根据from地址路由到分区链的peer节点；所述peer节点针对请求做严格数据验证，包括签名和账户信息认证，验证成功的数据在本链中广播；
步骤S4：作为达成共识和产生区块的记账节点validator收到待打包数据后，先验证一次数据的有效性，然后按照共识算法打包数据并对新产生的区块进行投票；在所有validator节点达成共识之后，新的区块入链，链中其他节点也都会同步最新入链的区块到本地；
步骤S5：链间通信服务监听到一个新的区块，就针对区块中的每一条数据，验证to地址是否在Fabric链，如果在本链则不处理；否则按照链间通信协议将该数据转发到目标分区链；
步骤S6：Fabric收到跨链数据，首先验证数据有效性，包括数据在源链所属区块的区块头信息、验证人投票信息和to地址；如果验证通过，则在目录分区链广播数据，并按正常流程打包入链；
步骤S7：目标分区链的链接通信服务监听到新的区块，同样会针对块中的每一笔数据进行处理，如果to地址不在本链就进行转发；最终再通过中间件middleware将数据发送给目标地址。
本发明的架构可以选择使用DPoA+PBFT或POW共识算法；
其中DPoA+PBFT具体为：DPoA按验证人节点的存储容量、网络稳定性、带宽、时延、CPU使用率等指标作为衡量标准来选择投票节点，并定期随机更换，以获得更好的公平性和网络效率；PBFT是一种基于严格数学证明的强一致性算法，经过多阶段的信息交互最终达成共识；
在智慧城市中，用户数据和业务数据分布在不同链上，from和to在不同链上的相关请求时，涉及到链间通信；针对一个需要处理的跨链请求，数据在from地址所在链打包之后，该数据要发到to地址所在链继续处理，在to链上的节点需要验证这条数据的签名，其次验证在from链入块的区块头和验证人签名，然后验证跨链请求的proof，最后给from链反馈处理结果；
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明电子设备包括中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
设备中的多个部件连接至I/O接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法S1～S7。例如，在一些实施例中，方法S1～S7可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到RAM并由CPU执行时，可以执行上文描述的方法S1～S7的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法S1～S7。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智慧城市跨部门信息交互架构系统，其特征在于，该系统用于实现跨部门之间的数据可信安全访问以及隐私保护，所述系统包括：
传感器或硬件模块，用于获取数据；
语义中间件Middleware L0模块，用于处理并传输数据给区块链模块；
采用同构多链技术构建的区块链模块，用于接受数据信息并进行验证和共识。
2.根据权利要求1所述的一种智慧城市跨部门信息交互架构系统，其特征在于，所述区块链模块包括飞度链和Fabric，通过各自所连接的路由进行信息交互。
3.根据权利要求2所述的一种智慧城市跨部门信息交互架构系统，其特征在于，所述信息交互的线路为Router Block Chain。
4.根据权利要求3所述的一种智慧城市跨部门信息交互架构系统，其特征在于，不同部门通过在Router Block Chain添加新的路由节点以使用不同的区块链，保证了架构的可扩展性。
5.根据权利要求1所述的一种智慧城市跨部门信息交互架构系统，其特征在于，所述同构多链技术为：不同的链使用相同的程序，用于提高区块链接受信息后进行验证和共识的速度。
6.一种基于权利要求1所述的种智慧城市跨部门信息交互架构系统的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：语义中间件Middleware L0模块搜集请求信息，并统一化格式；
步骤S2：语义中间件Middleware L0模块将请求发到区块链模块接入层Access SVR；
步骤S3：区块链模块接入层Access SVR对请求做部分验证，有效的请求根据from地址路由到分区链的peer节点；其中所述peer节点针对请求做严格数据验证，验证成功的数据在本链中广播；
步骤S4：作为达成共识和产生区块的记账节点validator收到待打包数据后，先验证一次数据的有效性，然后按照共识算法打包数据并对新产生的区块进行投票；在所有validator节点达成共识之后，新的区块入链，链中其他节点也都会同步最新入链的区块到本地；
步骤S5：链间通信服务监听到一个新的区块，就针对区块中的每一条数据，验证to地址是否在Fabric链，如果在本链则不处理；否则按照链间通信协议将该数据转发到目标分区链；
步骤S6：Fabric收到跨链数据，首先验证数据有效性，如果验证通过，则在目录分区链广播数据，并按正常流程打包入链；
步骤S7：目标分区链的链接通信服务监听到新的区块，同样会针对块中的每一笔数据进行处理，如果to地址不在本链就进行转发；最终再通过中间件middleware将数据发送给目标地址。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的严格数据认证包括：签名和账户信息认证。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S6中的验证信息包括该数据在源链所属区块的区块头信息、验证人投票信息和to地址。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6～8所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求6～8中任一项所述的方法。
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