CN113961977A - 无中心化城市信息交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无中心化城市信息交互系统，其中：主链与第一侧链通过跨链网关通信连接；主链与第二侧链通过跨域网关通信连接；所述跨链网关，指包括主链和第一侧链的调用接口和数据格式标准的网格；跨域网关，指桥接网关，用于主链上的标准数据与第二侧链上的管理数据格式之间的转换。采用上述技术方案，通过区块链，可以在城市信息管理中心收到数据打击等情形下，保证数据的完整性和准确性，避免过于依赖信息中心；通过划分主链和多个侧链，可以对城市内的单位主体进行精细管理，避免节点的数据过多而导致的硬件负担过重，实现特定业务和数据的隔离性，进一步加强数据安全和系统的鲁棒性。

Description

无中心化城市信息交互系统

技术领域

本发明涉及信息系统技术领域，尤其涉及一种无中心化城市信息交互系统。

背景技术

城市管理信息系统是为了打通城市管理部门、工业部门、企事业单位等各类与城市管理相关的主体之间信息链路的一种信息系统。

但是，与其它管理信息系统的应用模式上不一样的是，在城市管理方面，面临如下问题：（1）城市管理信息系统过于中心化问题；（2）城市管理信息系统数据安全问题；（3）城市管理信息系统中城市管理全生命周期问题。

其中，在城市管理信息系统中，对中心化的过分依赖，也使关键节点在突发事故、网络攻击等行动中容易受到攻击和干扰，从而使得系统鲁棒性受到影响；数据对于城市管理至关重要，整个管理系统效能的充分发挥都依赖可信的数据，缺少及时、准确数据的管理者只能凭借主观臆想做出决策；在信息数据没有时间信息的情况下，对于某些重要数据难以进行周期性的管理，难以通过数据还原事件发展全貌。

发明内容

发明目的：本发明提供一种无中心化城市信息交互系统，旨在通过引入区块链，解决城市管理信息系统中心化问题，通过设置跨链网关和跨域网关进行信息系统中主体单位的精细化管理，并且加强数据安全保护。

技术方案：本发明提供一种无中心化城市信息交互系统，包括：主链、第一侧链和第二侧链，其中：所述主链与所述第一侧链通过跨链网关通信连接；所述主链与所述第二侧链通过跨域网关通信连接；所述主链、第一侧链和第二侧链为区块链；所述跨链网关，指包括主链和第一侧链的调用接口和数据格式标准的网格，特定的区块链参与方有权通过跨链网关接入主链的节点和第一侧链的节点；所述跨域网关，指桥接网关，用于主链上的标准数据与第二侧链上的管理数据格式之间的转换。

具体的，主链节点的用户端包括城市管理机构、业务部门和保障部门。

具体的，第一侧链节点的用户端包括城市企业。

具体的，第二侧链节点的用户端包括管理人员和业务人员。

具体的，用户端产生的非结构化上链的过程包括：用户端将产生的非结构化数据上传至简单存储服务；简单存储服务触发Lambda云函数，Lambda云函数将非结构化数据的MD5校验值和存储路径信息封装为区块数据，在区块链进行数据同步，形成区块链数据；用户端向简单存储服务发起非结构化数据的下载请求，简单存储服务调用Lambda云函数，提取非结构化数据的MD5校验值；如果MD5校验值没有变化，则数据未被篡改，简单存储服务返回存储的非结构化数据；如果MD5校验值发生变化，则数据已被篡改，简单存储服务返回被篡改的提示信息。

具体的，区块链节点接收到数据时查询区块链版本的过程包括：节点向区块链运行环境提出执行请求，传递至进程间通信的服务端；进程间通信的服务端将执行请求传递至中间层表示语言的管理端；中间层表示语言的管理端对执行请求进行解析，查看执行程序的名称、版本，将解析后的信息传递至中间层表示语言的版本管理器；中间层表示语言的版本管理器根据接收的信息，在区块链运行环境的数据库中查询对应程序；如果在数据库中查询有对应程序，则返回中间层表示语言的版本管理器；如果没有，则返回没有对应程序；如果返回对应程序，则中间层表示语言的版本管理器读取对应程序；如果返回没有对应程序，则中间层表示语言的版本管理器在节点的数据库中继续查询读取对应程序；中间层表示语言的版本管理器将对应程序传递至即时编译的驱动程序；即时编译的驱动程序将对应程序进行解析，并传递至即时编译的引擎；即时编译的引擎运行程序，返回结果至即时编译的驱动程序；即时编译的驱动程序将结果返回至中间层表示语言的版本管理器；中间层表示语言的服务端和进程间通信的服务端将结果返回至节点，节点将结果返回至外部；将通信信息封装在交易中，通过节点向区块链运行环境发送升级请求，完成区块链的共识协议升级。

具体的，所述跨域网关包括通讯录转换模块和数据转换模块，所述通讯录转换模块用于将节点与用户端的通讯录信息进行相互转换，所述数据转换模块用于将节点与用户端的上链数据进行格式的相互转换。

具体的，参与方通过跨链网关接入主链或第一侧链进行数据同步之前，跨链网关对参与方进行身份验证。

具体的，区块链节点的区块数据包括区块头和区块体，区块头包括区块类型、权限、前一区块Hash、时间戳、区块体Hash，区块体包括操作日志、管理数据类型和管理数据内容。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过区块链，可以在城市信息管理中心收到数据打击等情形下，保证数据的完整性和准确性，避免过于依赖信息中心；通过划分主链和多个侧链，可以对城市内的单位主体进行精细管理，避免节点的数据过多而导致的硬件负担过重，实现特定业务和数据的隔离性，进一步加强数据安全和系统的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明提供的无中心化城市信息交互系统的结构示意图；

图2为本发明提供的区块链节点的组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

参阅图1，其为本发明提供的无中心化城市信息交互系统的结构示意图。

本发明提供一种无中心化城市信息交互系统，包括：主链、第一侧链和第二侧链，其中：所述主链与所述第一侧链通过跨链网关通信连接；所述主链与所述第二侧链通过跨域网关通信连接；所述主链、第一侧链和第二侧链为区块链；所述跨链网关，指包括主链和第一侧链的调用接口和数据格式标准的网格，特定的区块链参与方有权通过跨链网关接入主链的节点和第一侧链的节点；所述跨域网关，指桥接网关，用于主链上的标准数据与第二侧链上的管理数据格式之间的转换。

在具体实施中，跨链网关定义了以下内容：区块链对外暴露的标准操作接口，包括账号、账本、身份、交易、监管接入、安全保密等。跨链网关的调用流程和方法为跨链授权机制，也即授权的特定区块链参与方有权通过跨链网关接入主链的节点和第一侧链的节点，进而可以在主链和侧链均进行数据同步。

在具体实施中，充分考虑业务参与方、业务数据的隔离性，通过给每个业务系统分配不同的区块链，不同的链之间在参与方、数据、操作上能够保持互相独立，保证业务维度上的账本隔离。同时，同时参与多个链的同一参与方，可以通过一个节点同时同步多个链的账本，也可以通过不同的节点，同步不同链的账本，在参与方角度实现业务和数据的隔离。

在具体实施中，与常见的全局链不同，本发明采用的区块链以用户端为中心，每个用户在所参与的链上拥有自己的账本。账本以链式进行表达，链上存储着与用户自身有关的资产账本数据。所有用户在链上的数据，则构成了这个链的全部数据和账本。这样的设计，保证了管理业务的隔离性，同时轻巧的独立账本内容，大大减少了交易的冲突，避免了由于聚合账本带来的交易性能陷阱，独立账本的体积减少，使账本能够灵活插拔，保证了系统的可扩展性。

在具体实施中，与跨链网关不同的是，跨域网关实际上是一种桥接网关，用于将某个区块链的相关信息与其它信息系统或其他区块链的数据进行转换，以便两者之间能够实现数据互连互通。例如，某工业部门的信息系统与主链进行信息交互时，需要将主链或者侧链的管理数据账本进行解码后，转换为工业部门信息系统所需要的数据，这里的数据就不再具有区块链的性质，而是传统的信息系统数据；反向交互时，工业部门信息系统数据可以转换为标准数据，通过区块链接入节点上链。

参阅图2，其为本发明提供的区块链节点的组成图。

本发明实施例中，区块链节点的区块数据包括区块头和区块体，区块头包括区块类型、权限、前一区块Hash、时间戳、区块体Hash，区块体包括操作日志、管理数据类型和管理数据内容。

在具体实施中，在城市管理信息系统中，对涉及到城市管理业务（交易）的数据进行封装、上链。其中利用时间戳对数据进行加上时间标识，可以实现数据的全生命周期管理，各相关方都参与到城市管理各类数据的更新与维护中，形成一个分布的、受监督的档案登记网络，各相关方均保存一份完整的档案副本，并通过共识机制确保其一致性。

本发明实施例中，主链节点的用户端包括城市管理机构、业务部门和保障部门；第一侧链节点的用户端包括城市企业；第二侧链节点的用户端包括管理人员和业务人员。

在具体实施中，主链服务端设置在城市内，包括：M个城市内区块链节点和M个城市内用户端，其中，M≥2。各城市内区块链节点依次首尾相连，各城市内用户端分别连接一区块链节点；各城市内区块链节点将产生变化的区块数据，采用分布式共享的方法，分发至各节点，使各节点上链数据保持同步；城市内用户端将所需要上链的数据，按照区块数据的组成方式，封装成区块数据，通过区块链节点，共享至其它城市内区块链节点。

在具体实施中，系统还包括城市内跨域网关和N个合作单位用户端；其中，N≥2。N个合作单位用户端通过跨域网关与主链服务端相连。合作单位用户端将需要上链的数据，通过跨域网关进行数据格式转换，再通过某个区块链节点，将上链数据共享至主链服务端。

在具体实施中，城市内用户端和合作单位用户端的划分标准/原则是：城市内用户端，包括：管理机构、业务部门和保障部门，区块链节点使用频繁，数据访问权限较高；合作单位用户端，包括：管理人员和办事人员，需要使用部分区块链节点功能，数据访问权限较低，需要通过跨域网关进行数据隔离。

在具体实施中，侧链服务端设置在合作单位处，包括：K个合作单位区块链节点和K个合作单位用户端；其中，K≥2。各合作单位区块链节点依次首尾相连，各合作单位用户端分别连接一合作单位区块链节点；各合作单位区块链节点将产生变化的区块数据，采用分布式共享的方法，分发至各节点，使各节点上链数据保持同步；合作单位用户端将所需要上链的数据，按照区块数据的组成方式，封装成区块数据，通过区块链节点，共享至其它城市管理区块链节点。

本发明实施例中，用户端产生的非结构化上链的过程包括：用户端将产生的非结构化数据上传至简单存储服务（S3，Simple Storage Service）；简单存储服务触发Lambda云函数，Lambda云函数将非结构化数据的MD5（Message-Digest Algorithm）校验值和存储路径信息封装为区块数据，在区块链进行数据同步，形成区块链数据；用户端向简单存储服务发起非结构化数据的下载请求，简单存储服务调用Lambda云函数，提取非结构化数据的MD5校验值；如果MD5校验值没有变化，则数据未被篡改，简单存储服务返回存储的非结构化数据；如果MD5校验值发生变化，则数据已被篡改，简单存储服务返回被篡改的提示信息。

在具体实施中，城市管理场景下，在业务系统中积累了大量的除结构化数据之外的数据，这些数据的有效利用对于城市管理也具有重要意义，例如：对于管理计划文件或使用记录等非结构化文本，可以更清晰地作为佐证材料帮助划分责任，也便于后续进行管理活动改进升级等事项。

在具体实施中，受限区块链技术的原理与机制，不适合存储非结构化数据，现有技术中的解决方式是，将数据上传到云存储，然后再将数据的数据校验值上传到区块链。其中存在的问题是，存在业务连续性不足、校验过数据上链过程容易被篡改等。在本专利中，通过Lambda云函数监听S3对象存储的变更信息，自动触发数据校验与数据轨迹上链，保障非结构化数据上链的业务连续性，从而实现业务只需要将数据上传至云对象存储，云平台自动完成数据上链过程，提升非结构化数据的上链的便捷性与可靠性。

在现有技术中，数据库存储了大量的关系型数据，而区块链系统一般仅存储交易类数据，在这种情况下，仅仅是交易数据的存储就对区块链的性能构成了重大影响。如何将传统数据库中的数据转移到或者导入区块链系统将是一个重要的研究问题。

传统的区块链技术的数据存储方式普遍采用MPT（MPT Merkle Patricia Tree）状态树，MPT状态数的查询机制性能低，业务应用的对接改造成本大。在本专利中，通过监听链上数据的变化，将区块链的城市管理数据同步写入分布式的关系型数据库中，通过关系数据库的权限控制，只对外读取状态信息，保证关系数据库的可信度，从而实现区块链上城市管理数据可通过SQL（Structured Query Language）的方式获取，降低业务对接区块链技术的改造成本。

传统的区块链技术主要针对于静态小样本数据，而城市管理业务场景下，不可避免地会产生大量的流式数据，如何将这些产生的流式数据上链，同时不会导致区块链系统的大规模延迟或宕机是一个十分困难且有意义的问题。

在具体实施中，受限于区块链的共识算法、分布式账本以及加密交易机制，业界的区块链的数据写入速度普遍较低，一般在2000/TPS到10000/TPS之间。在本专利中，通过Lambda云函数作为区块链交易的网络入口，通过云平台内部缓存机制将交易缓存，以异步的方式将交易的数据写入区块链中，性能可达10万/TPS。通过容器服务以及GPU设备透传技术提升区块链节点的交易封块的运算速度，通过高性能的云存储技术加速区块速度的IO速度，通过云SDN网络技术优化区块链节点的P2P网络，通过流表的方式构建点对点通路，加速网络过程，满足高并发的区块链业务创建。

本发明实施例中，区块链节点接收到数据时查询区块链版本的过程包括：节点（NEB，节点同步数据的客户端）向区块链运行环境（NBRE，Node Blockchain RuntimeEnvironment）提出执行请求，传递至进程间通信的服务端；进程间通信（IPC，InterprocessCommunication）的服务端将执行请求传递至中间层表示语言（IR，Intermediaterepresentation）的管理端；中间层表示语言的管理端对执行请求进行解析，查看执行程序的名称、版本，将解析后的信息传递至中间层表示语言的版本管理器；中间层表示语言的版本管理器根据接收的信息，在区块链运行环境的数据库中查询对应程序；如果在数据库中查询有对应程序，则返回中间层表示语言的版本管理器；如果没有，则返回没有对应程序；如果返回对应程序，则中间层表示语言的版本管理器读取对应程序；如果返回没有对应程序，则中间层表示语言的版本管理器在节点的数据库中继续查询读取对应程序；中间层表示语言的版本管理器将对应程序传递至即时编译（JIT，Just In Time）的驱动程序；即时编译的驱动程序将对应程序进行解析，并传递至即时编译的引擎；即时编译的引擎运行程序，返回结果至即时编译的驱动程序；即时编译的驱动程序将结果返回至中间层表示语言的版本管理器；中间层表示语言的服务端和进程间通信的服务端将结果返回至节点，节点将结果返回至外部；将通信信息封装在交易中，通过节点向区块链运行环境发送升级请求，完成区块链的共识协议升级。

在具体实施中，交易（又称事务）是区块链的核心概念，通常是指通过发起转账或者调用智能合约改变账本状态数据的一种操作。在区块中一笔交易是一个数字记录，通过区块链网络将交易数据在全网范围中广播，并通过共识机制在全网中进行确认及验证，使得该笔交易变得不可逆并防止篡改。城市管理应用中，交易就是一个城市管理各类活动。

在具体实施中，将技术保障人员相关节点接入区块链网络，通过将包含了网络带宽动态参数的升级配置封装为特殊交易，并更新到各个节点从而实现所有节点的参数统一更新。同时每个终端上的区块链运行时环境支持多协议版本的并发执行，最后执行引擎通过软件事物内存保证了并发请求下执行结果的正确性，从而提供对于各种配置版本的前后兼容性。

在具体实施中，区块中包含了当前配置协议表示，节点通过同步区块获取该协议表示，区块链运行时环境会解析这种特殊类型的交易从而得到协议配置，协议配置码会被编译生成协议表示，并持久化到数据库中，最终完成记账节点的升级。当不同配置版本的请求达到区块链系统时，区块链运行时环境通过版本管理模块获取对应的协议代码，交由执行引擎执行协议代码，返回对应请求的结果。

本发明实施例中，所述跨域网关包括通讯录转换模块和数据转换模块，所述通讯录转换模块用于将节点与用户端的通讯录信息进行相互转换，所述数据转换模块用于将节点与用户端的上链数据进行格式的相互转换。

在具体实施中，当合作单位用户端需要上传数据时，调用通讯录转换模块，获取通讯录信息，调用数据转换模块，将需要上链的数据转换为区块数据，跨域网关将转换后的通讯录信息与区块数据，传输至区块链节点，由区块链节点进行全网共享；当合作单位用户端需要接收数据时，区块链节点将数据发送至跨域网关，跨域网关调用通讯录转换模块，获取通讯录信息，调用数据转换模块，将上链数据中数据内容提取出来，根据通讯录信息，发送至相应的合作单位用户端。

本发明实施例中，参与方通过跨链网关接入主链或第一侧链进行数据同步之前，跨链网关对参与方进行身份验证。

Claims (9)

1.一种无中心化城市信息交互系统，其特征在于，包括：主链、第一侧链和第二侧链，其中：

所述主链与所述第一侧链通过跨链网关通信连接；所述主链与所述第二侧链通过跨域网关通信连接；所述主链、第一侧链和第二侧链为区块链；

所述跨链网关，指包括主链和第一侧链的调用接口和数据格式标准的网格，特定的区块链参与方有权通过跨链网关接入主链的节点和第一侧链的节点；

所述跨域网关，指桥接网关，用于主链上的标准数据与第二侧链上的管理数据格式之间的转换。

2.根据权利要求1所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，主链节点的用户端包括城市管理机构、业务部门和保障部门。

3.根据权利要求2所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，第一侧链节点的用户端包括城市企业。

4.根据权利要求3所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，第二侧链节点的用户端包括管理人员和业务人员。

5.根据权利要求4所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，用户端产生的非结构化上链的过程包括：

用户端将产生的非结构化数据上传至简单存储服务；

简单存储服务触发Lambda云函数，Lambda云函数将非结构化数据的MD5校验值和存储路径信息封装为区块数据，在区块链进行数据同步，形成区块链数据；

用户端向简单存储服务发起非结构化数据的下载请求，简单存储服务调用Lambda云函数，提取非结构化数据的MD5校验值；

如果MD5校验值没有变化，则数据未被篡改，简单存储服务返回存储的非结构化数据；如果MD5校验值发生变化，则数据已被篡改，简单存储服务返回被篡改的提示信息。

6.根据权利要求5所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，区块链节点接收到数据时查询区块链版本的过程包括：

节点向区块链运行环境提出执行请求，传递至进程间通信的服务端；

进程间通信的服务端将执行请求传递至中间层表示语言的管理端；

中间层表示语言的管理端对执行请求进行解析，查看执行程序的名称、版本，将解析后的信息传递至中间层表示语言的版本管理器；

中间层表示语言的版本管理器根据接收的信息，在区块链运行环境的数据库中查询对应程序；

如果在数据库中查询有对应程序，则返回中间层表示语言的版本管理器；如果没有，则返回没有对应程序；

如果返回对应程序，则中间层表示语言的版本管理器读取对应程序；如果返回没有对应程序，则中间层表示语言的版本管理器在节点的数据库中继续查询读取对应程序；

中间层表示语言的版本管理器将对应程序传递至即时编译的驱动程序；

即时编译的驱动程序将对应程序进行解析，并传递至即时编译的引擎；

即时编译的引擎运行程序，返回结果至即时编译的驱动程序；

即时编译的驱动程序将结果返回至中间层表示语言的版本管理器；

中间层表示语言的服务端和进程间通信的服务端将结果返回至节点，节点将结果返回至外部；

将通信信息封装在交易中，通过节点向区块链运行环境发送升级请求，完成区块链的共识协议升级。

7.根据权利要求6所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，所述跨域网关包括通讯录转换模块和数据转换模块，所述通讯录转换模块用于将节点与用户端的通讯录信息进行相互转换，所述数据转换模块用于将节点与用户端的上链数据进行格式的相互转换。

8.根据权利要求7所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，参与方通过跨链网关接入主链或第一侧链进行数据同步之前，跨链网关对参与方进行身份验证。

9.根据权利要求8所述的无中心化城市信息交互系统，其特征在于，区块链节点的区块数据包括区块头和区块体，区块头包括区块类型、权限、前一区块Hash、时间戳、区块体Hash，区块体包括操作日志、管理数据类型和管理数据内容。

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