CN114064815A - 一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法 - Google Patents

一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，步骤包括：1)由相关单位组成节点，人工输入获得原始数据，并保存到本地数据库中；2)对原始数据重新确认、勘误，去重、去噪，得到确认数据；3)使用SHA‑256哈希算法和默克尔树结构，生成默克尔树叶子节点以及根节点；4)上传至Ethereum公有链；5)对存放确认数据的本地数据库进行验证；6)将本地数据进行知识抽取，形成RDF数据，得到本地知识库；7)将RDF数据上传至联盟链，形成最新的关于混凝土生产管理的可信知识图谱。本发明的方法，使得知识图谱的构建具有可靠性、实用性，知识可溯源性等优点。

Description

一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法
技术领域
本发明属于区块链与知识图谱的结合技术领域，涉及一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法。
背景技术
知识图谱本质上是一种揭示实体之间关系的语义网络，主要用来对现实世界的事物及其相互关系进行形式化地描述。随着科学技术的发展，知识图谱的应用越来越广泛，例如为证券投资等企业提供辅助决策，为学生提供个性化教育，为市场定位潜在客户，因此，各个领域对构建知识图谱的可靠性以及准确性提出了较高的要求。在构建知识图谱的过程中如何保证源数据的真实性？如何对错误或非法篡改的数据进行溯源和定位？知识图谱的可靠性、权威性已成为知识图谱发展及落地的主要瓶颈。
现阶段构建垂直领域内的知识图谱由于行业壁垒较高、各部门数据不共享、数据内容实时改变等因素，需耗费大量人力物力构建和维护高质量的行业知识图谱。因此，如何让各部门积极提供优质数据源，构建可信知识图谱是急需解决的问题。
区块链的去中心化、透明化、不可篡改等特点，在知识图谱中运用区块链技术能实现多节点知识输入、储存和更新，让各行业各部门均能参与构建知识库。由群体智能发展而来的开放链接知识库亦具有分布式储存、更新数据的特征，而区块链技术的去中心化特征更明显，能使开放链接知识库在更多分布节点获取知识，知识量进一步充实。区块链技术还具有透明化特性，所记录的数据不可逆，也不可篡改，每次记录的数据都能追溯到源头。既能改善知识产权保护缺失的问题，又能要求知识的提供者对知识负责，在知识来源管理、知识产权保护等方面实现优化，知识图谱与区块链协同并进是知识图谱升级发展的重点方向之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，解决了现有技术条件下制作的知识图谱中的数据不可信，以及难以集中构建的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，按照以下步骤实施：
步骤1、由相关单位组成节点，通过人工输入获得原始数据，并保存到本地数据库中，原始数据由各个节点各自产生；
步骤2、相关单位各自对步骤1得到的原始数据重新确认、勘误，对原始数据进行去重、去噪，得到确认数据；
步骤3、对步骤2获得的确认数据，使用SHA-256哈希算法和默克尔树结构进行处理，生成默克尔树叶子节点以及根节点，记录默克尔树根节点以及各叶子节点的哈希值；
步骤4、将默克尔树根节点以及各叶子节点的哈希值上传至Ethereum公有链；
步骤5、相关单位先对存放确认数据的本地数据库进行验证，使用步骤3.1的计算方式重新计算本地数据库存放的确认数据对应的哈希值h'1,h'2,h'3,…,h'n以及默克尔树根节点h'root，并与步骤4上传到Ethereum公有链上的哈希值h1,h2,h3,…,hn以及hroot进行对比，若分别对应一致，则认为数据是可信的、没有经过篡改；若出现不一致的情况，则说明数据不一致，需检查本地数据库是否被改动，待检查完成后再进行下一步；
步骤6、将经步骤5检验后的本地数据x'1,x'2,x'3…x'n进行知识抽取，形成由头节点、关系、尾节点组成的三元组RDF语言，该RDF语言即为RDF数据，得到本地知识库；
步骤7、各节点将本地知识库的RDF数据上传至联盟链，联盟链各节点共同维护整个知识图谱，通过共识算法对知识进行更新，形成最新的关于混凝土生产管理的可信知识图谱，即成。
本发明的有益效果是，该方法由多个节点对各自本地数据进行确认，形成可信知识库，再通过联盟链构建更新知识图谱，实现知识图谱的多方共同构建、数据来源可信、知识可追溯的要求；使得知识图谱的构建具有可靠性、实用性，知识可溯源性等优点。
附图说明
图1是本发明方法的整体架构框图；
图2是本发明方法实施例使用的默克尔树结构框图；
图3是本发明方法实施例使用的知识溯源框图；
图4是本发明方法实施例导出的知识图谱可视化简图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明的方法，按照以下步骤实施：
步骤1、由相关单位组成节点，通过人工输入获得原始数据，并保存到本地数据库中，原始数据由各个节点各自产生，数据形式、文件格式根据需要取相同或不同。
相关单位包括但不限于拌合楼、实验室、监理、业主、第三方实验室；原始数据为混凝土生产相关表单数据，包括但不限于原材料试验记录、开仓质量报验单、供料联系单、配合料通知单；
步骤2、相关单位各自对步骤1得到的原始数据重新确认、勘误，对原始数据进行去重、去噪，得到完整准确的确认数据；
步骤3、对步骤2获得的确认数据，使用SHA-256哈希算法和默克尔树结构进行处理，生成默克尔树叶子节点以及根节点，记录默克尔树根节点以及各叶子节点的哈希值，具体过程是：
3.1)将确认数据有序排列成一排，称为x1,x2,x3,…,xn，使用SHA-256哈希算法分别对x1,x2,x3,…,xn加密，生成对应的256位的哈希值记为h1,h2,h3,…,hn；再将哈希值h1,h2,h3,…,hn作为默克尔树的叶子节点，对相邻的2个叶子节点进行哈希运算，所得到的哈希值生成中间节点，即h1和h2生成中间节点h12，h3和h4生成中间节点h34，依次类推，若n为奇数时，则和自己配对生成中间节点；最后，对中间节点同样采取两两组合生成哈希值的方式，生成根节点的哈希值hroot，即默克尔树根节点，默克尔树结构实施例如图2所示；
3.2)记录默克尔树根节点hroot以及各叶子节点h1,h2,h3,…,hn的哈希值；
步骤4、将hroot以及h1,h2,h3,…,hn的值上传至Ethereum公有链，利用公有链数据公开透明且无法篡改的特性对哈希值进行保护；
步骤5、在构建知识图谱之前，相关单位首先对存放确认数据的本地数据库进行验证，使用步骤3.1的计算方式重新计算本地数据库存放的确认数据对应的哈希值h'1,h'2,h'3,…,h'n以及默克尔树根节点h'root，并与步骤4上传到Ethereum公有链上的哈希值h1,h2,h3,…,hn以及hroot进行对比，若分别对应一致，则认为数据是可信的、没有经过篡改；若出现不一致的情况，则说明数据不一致，需检查本地数据库是否被改动，待检查完成后再进行下一步，具体过程是：
5.1)使用步骤3.1)的计算方式重新计算本地数据库存放的确认数据对应的哈希值h'1,h'2,h'3,…,h'n以及默克尔树根节点h'root，将验证计算出的默克尔树根节点h'root与区块链账本中存储的hroot进行比对，若对比结果一致，则根据哈希值的特点，确定它们的原始值h1,h2,h3,…,hn和h'1,h'2,h'3,…,h'n极大概率是相同的，此时验证结束，认为本地数据库一致，确认本地数据库是可信的、没有经过篡改的，得到本地数据x'1,x'2,x'3…x'n；
5.2)若h'root≠hroot，则说明各自的原始值h1,h2,h3,…,hn和h'1,h'2,h'3,…,h'n一定存在不同的地方，分别比对hi和h'i，i＝1,2,3…n，找出不同的h'i即找到了被改动的文件xi，溯源流程实施例如图3所示；
步骤6、将经步骤5检验后的本地数据x'1,x'2,x'3…x'n进行知识抽取，形成由头节点、关系、尾节点组成的三元组RDF语言，该RDF语言即为RDF数据，得到本地知识库，此时本地知识库是由各节点经过确认过的本地数据抽取出的，因此能够保证知识是可信的，并且每条知识都能够溯源，进一步保证了知识图谱的可靠性；
步骤7、各节点将本地知识库的RDF数据上传至联盟链，联盟链各节点共同维护整个知识图谱，通过共识算法对知识进行更新，形成最新的关于混凝土生产管理的可信知识图谱，即成。
实施例
实施例的整体架构如图1所示，按照以下步骤实施：
步骤1、由拌合楼输入原材料检测报告(material_inspection_report)、混凝土施工配料通知单(construction_ingredient)的报告；实验室输入实验委托单(test_commission)、检验报告(concrete_product)的报告；监理单位输入混凝土供料联系单(material_application)、混凝土施工配料通知单(construction_ingredient)的报告；第三方实验室输入原材料检测(material_inspection_report)、混凝土抽样检测(concrete_sampling_inspection)的报告，获得原始数据，并保存到本地数据库中。
步骤2、上述单位将经步骤1收集的原始数据进行进一步确认，删去重复数据，修改错误数据，得到确认数据。
步骤3、包括以下步骤：
3.1)将确认数据有序排列成一排，设为x1,x2,x3,…,xn，使用SHA-256哈希算法分别对x1,x2,x3,…,xn加密，生成对应的256位的哈希值记为h1,h2,h3,…,hn。再将h1,h2,h3,…,hn作为默克尔树的叶子节点，对相邻的2个叶子节点进行哈希运算，得到的哈希值生成中间节点，即h1和h2生成中间节点h12，h3和h4生成中间节点h34，依次类推，若n为奇数时，则和自己配对生成中间节点。最后，对中间节点同样采取两两组合生成哈希值的方法，生成根节点的哈希值hroot，即默克尔树根节点，默克尔树结构如图2所示。在图2中，数据1、数据2、数据3、数据4分别使用哈希算法生成对应的Hash1、Hash2、Hash3、Hash4；Hash1和Hash2、Hash3和Hash4组合起来分别使用哈希算法生成对应的Hash12和Hash34，最后Hash12和Hash34组合起来使用哈希算法生成Top Hash，即默克尔树根节点。
3.2)记录默克尔树根节点hroot以及各叶子节点h1,h2,h3,…,hn的值。
步骤4、将hroot以及h1,h2,h3,…,hn的值上传至Ethereum公有链，利用公有链数据公开透明无法篡改的特性对哈希值进行保护。
步骤5、包括以下步骤：
5.1)使用步骤3.1的计算方式重新计算本地数据库存放的确认数据对应的哈希值h'1,h'2,h'3,…,h'n以及默克尔树根节点h'root，先将验证计算出的默克尔树根节点h'root与Ethereum公有链中存储的hroot进行比对，若对比结果一致，则根据哈希值的特点它们的原始值h1,h2,h3,…,hn和h'1,h'2,h'3,…,h'n极大概率是相同的。此时验证结束，认为本地数据库一致，确认本地数据库是可信的、没有经过篡改的。
5.2)若h'root≠hroot，则说明它们的原始值h1,h2,h3,…,hn和h'1,h'2,h'3,…,h'n一定存在不同的地方，分别比对hi和h'i，i＝1,2,3…n，找出不同的h'i即找到了被改动的文件xi，溯源流程如图3所示。在图3中，节点首先计算本地数据库文件的哈希值，即5.1中的h'1,h'2,h'3,…,h'n以及h'root，然后与Ethereum公有链存储的hroot进行比对，若h'root＝hroot，则文件无篡改；若h'root≠hroot，则依次对比hi和h'i，i＝1,2,3…n，找出不同的h'i即找到了被改动的文件xi。
步骤6、将经步骤5检验后的本地数据x'1,x'2,x'3…x'n进行知识抽取，形成由头节点、关系、尾节点组成的三元组RDF语言，该RDF语言即为RDF数据，得到本地知识库，此时本地知识库是由各节点经过确认过的本地数据抽取出的，因此可以保证知识是可信的，并且每条知识都可以进行溯源，进一步保证了知识图谱的可靠性。
步骤7、各节点将RDF数据上传至联盟链，联盟链各节点共同维护整个知识图谱，通过共识算法对知识进行更新，形成最新关于混凝土生产管理的可信知识图谱，如图4所示。
在图4中，遵循本发明的方法，以将混凝土拌合施工的知识图谱存入联盟链为实例，具体描述其应用过程如下：由拌合站、监理方、施工方、独立检测中心组成联盟链各节点，各节点以各种形式对数据进行采集，系统按设定好的默克尔树结构对文件进行哈希运算，并生成默克尔树头节点，并上传到Ethereum公有链。在构建知识图谱之前，首先通过对本地数据库进行校验，计算出文件哈希值以及默克尔树头节点，并与Ethereum公有链上数据进行对比，若一致，则数据并未发生篡改；若不一致，则可找出被修改的数据，保证知识来源可信。各节点对验证后数据进行知识抽取，形成由头节点、关系、尾节点组成的三元组即RDF语言。各节点下载最新的知识图谱，与本地抽取的知识进行对比，去除重复知识，通过共识算法更新或添加新的知识，形成最新知识图谱，导出可视化展示见图4(在图4中的部分特征名称没有标示全称，进行了部分省略，但是在以下描述中使用了全称)。由图4可以看出泵站电站土建及金结安装以及围堰与渣场防护这两个工程都是由中国水利水电第十二工程局有限公司负责的，而泵站电站土建及金结安装包括尾水渠基础混凝土、导墙坝段、基础混凝土、泵站安一段、门机轨道垫层、出水池垫层混凝土这些施工部位；围堰与渣场防护包括右岸冲沟挡墙混凝土、右岸挡墙混凝土、右岸贴坡混凝土、挡墙混凝土、柳树沟马道混凝土这些施工部位。不同施工部位所使用的水泥配比标号也可能不一样，例如尾水渠基础混凝土、导墙坝段使用的是C20W6F150(二级配)这个配比标号；基础混凝土、泵站安一段、门机轨道垫层、出水池垫层混凝土使用的是C9020W8F150(三级配)这个配比标号；而右岸冲沟挡墙混凝土、右岸挡墙混凝土、右岸贴坡混凝土、挡墙混凝土、柳树沟马道混凝土使用的是C25W8F150(二级配)这个配比标号。

Claims (5)

1.一种基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1、由相关单位组成节点，通过人工输入获得原始数据，并保存到本地数据库中，原始数据由各个节点各自产生；
步骤2、相关单位各自对步骤1得到的原始数据重新确认、勘误，对原始数据进行去重、去噪，得到确认数据；
步骤3、对步骤2获得的确认数据，使用SHA-256哈希算法和默克尔树结构进行处理，生成默克尔树叶子节点以及根节点，记录默克尔树根节点以及各叶子节点的哈希值；
步骤4、将默克尔树根节点以及各叶子节点的哈希值上传至Ethereum公有链；
步骤5、相关单位先对存放确认数据的本地数据库进行验证，使用步骤3.1的计算方式重新计算本地数据库存放的确认数据对应的哈希值h′1，h′2，h′3，...，h′n以及默克尔树根节点h′root，并与步骤4上传到Ethereum公有链上的哈希值h1，h2，h3，...，hn以及hroot进行对比，若分别对应一致，则认为数据是可信的、没有经过篡改；若出现不一致的情况，则说明数据不一致，需检查本地数据库是否被改动，待检查完成后再进行下一步；
步骤6、将经步骤5检验后的本地数据x′1，x′2，x′3...x′n进行知识抽取，形成由头节点、关系、尾节点组成的三元组RDF语言，该RDF语言即为RDF数据，得到本地知识库；
步骤7、各节点将本地知识库的RDF数据上传至联盟链，联盟链各节点共同维护整个知识图谱，通过共识算法对知识进行更新，形成最新的关于混凝土生产管理的可信知识图谱。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，其特征在于：所述的相关单位包括但不限于拌合楼、实验室、监理、业主、第三方实验室。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，其特征在于：所述的原始数据为混凝土生产相关表单数据，包括但不限于原材料试验记录、开仓质量报验单、供料联系单、配合料通知单。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，其特征在于，所述的步骤3中，具体过程是：
3.1)将确认数据有序排列成一排，称为x1，x2，x3，...，xn，使用SHA-256哈希算法分别对x1，x2，x3，...，xn加密，生成对应的256位的哈希值记为h1，h2，h3，...，hn；再将哈希值h1，h2，h3，...，hn作为默克尔树的叶子节点，对相邻的2个叶子节点进行哈希运算，所得到的哈希值生成中间节点，即h1和h2生成中间节点h12，h3和h4生成中间节点h34，依次类推，若n为奇数时，则和自己配对生成中间节点；最后，对中间节点同样采取两两组合生成哈希值的方式，生成根节点的哈希值hroot即默克尔树根节点；
3.2)记录默克尔树根节点hroot以及各叶子节点h1，h2，h3，...，hn的哈希值。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的水利施工领域内可信知识图谱构建方法，其特征在于，所述的步骤5中，具体过程是：
5.1)使用步骤3.1)的计算方式重新计算本地数据库存放的确认数据对应的哈希值h′1，h′2，h′3，...，h′n以及默克尔树根节点h′root，将验证计算出的默克尔树根节点h′root与区块链账本中存储的hroot进行比对，若对比结果一致，则根据哈希值的特点，确定它们的原始值h1，h2，h3，...，hn和h′1，h′2，h′3，...，h′n极大概率是相同的，此时验证结束，认为本地数据库一致，确认本地数据库是可信的、没有经过篡改的，得到本地数据x′1，x′2，x′3...x′n；
5.2)若h′root≠hroot则说明各自的原始值h1，h2，h3，...，hn和h′1，h′2，h′3，...，h′n一定存在不同的地方，分别比对hi和h′i，i＝1，2，3...n，找出不同的h′i即找到了被改动的文件xi。
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