CN114417391B - 基于区块链的实验室论文存证系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种基于区块链的实验室论文存证系统，包括若干个上位机模块、存证模块和关联模块，采集单元收集试验设备数据和关联录入数据，存证单元提取试验数据的哈希值，存储单元将试验数据关联存证哈希值和区块高度存储，共享单元将试验数据使用对称加密算法加密后，关联数据ID上传到区块链，将限时加密后的Key关联数据ID、试验设备和试验项目发送给关联模块，列举实验室论文涉及的试验数据的目录信息纳入目录集提交关联模块，关联模块读取与目录集包含的试验设备及试验项目相符的限时加密的Key，若成功解密Key，则将试验数据与实验室论文关联。本发明的实质性效果是：提高了实验室科研论文的数据可信度。

Description

基于区块链的实验室论文存证系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种基于区块链的实验室论文存证系统。

背景技术

目前科研工作中产生的数据在发布前，缺少完善和可控的数据控制与管理的技术手段，导致科研数据造假或误用现象层出不穷。随着科研仪器产生的数据量日益增大，如何保障科研数据在传输中的安全性、管理上的可控性逐渐成为亟待解决的问题。除此之外，科研成果的图片数据误用与论文撤稿等事件频繁发生，对科研成果的发布带来不利影响。由于科研数据及图表具有类型众多、专业性强、相似度高等特点，如何辨别论文中数据的真实性，成为业界的难题。区块链技术是一种具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点的创新技术架构。区块链由多方参与网络的维护，形成了安全共享与互利共赢的协作模式。借助区块链提供存证能够为实验室的科研数据提供真实性证明，进而为实现实验室科研论文的存证和鉴真提供了可能。但目前尚缺乏相关实验室科研论文存证的研究。

中国专利CN110222010A，公开日2019年9月10日，提出一种基于区块链的论文保存方法、设备及计算机可读存储介质。该方法包括：获取论文中的数据集及其对应的模型；在区块链网络中保存所述数据集及其对应的模型；获取基于所述数据集对所述模型进行复现的复现结果；在所述区块链网络中保存所述论文的所述复现结果。其技术方案可以利用区块链的不可篡改和可追溯等优势，为论文可复现的问题保驾护航，有利于提高论文复现结果的可信性。但其应用范围受限于能够复现的模型，且其技术方案不能形成实验室科研数据的追溯和安全共享，不能解决当前实验室科研数据及论文缺乏有效存证技术的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前实验室科研数据及论文缺乏有效存证手段的技术问题。提出了一种基于区块链的实验室论文存证系统，能够为实验室科研数据和实验室科研论文提供存证服务，并能够实现安全的试验数据的共享。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：基于区块链的实验室论文存证系统，包括若干个上位机模块、存证模块和关联模块，所述上位机模块安装在实验室的试验设备的上位机中，所述上位机模块包括采集单元、存证单元、存储单元和共享单元，所述采集单元收集试验设备数据和关联录入数据，所述试验设备数据为试验中周期性采集的试验设备的状态数据，所述关联录入数据包括实验人员、试验项目、试验参数和时间戳，所述采集单元将试验设备数据及关联录入数据关联目录信息作为试验数据，所述目录信息包括数据ID、试验设备、试验项目和时间戳，所述数据ID向所述关联模块请求获得，所述存证单元提取试验数据的哈希值，记为存证哈希值，将存证哈希值关联数据ID经由存证模块上传区块链存储，获得对应的区块高度，所述存储单元将试验数据关联存证哈希值和区块高度存储，所述共享单元接收实验人员输入的保密时长和共享时长，将试验数据使用对称加密算法加密后，关联数据ID上传到区块链，对称加密秘钥记为Key，保密时长结束时使用限时加密算法加密Key，限时时长与共享时长相符，将限时加密后的Key关联数据ID、试验设备和试验项目发送给关联模块，实验人员列举实验室论文涉及的试验数据的目录信息，纳入目录集，将实验室论文关联目录集后提取哈希值，记为论文哈希值，将论文哈希值通过存证模块上传区块链存储，将实验室论文、目录集和试验数据提交关联模块，所述关联模块读取与目录集包含的试验设备及试验项目相符的限时加密的Key，尝试解密Key，若能成功解密Key，则将Key解密出的试验数据与所述的实验室论文关联。

作为优选，制定若干种标类实验室论文，所述标类实验室论文具有标类标签，所述标类实验室论文需关联若干个指定试验设备及指定试验项目的试验数据，实验人员将相符的实验室论文关联标类标签提交给所述关联模块，所述关联模块读取试验数据中的试验设备和试验项目，若试验设备和试验项目与标类标签相符，则读取验数据中的实验人员、时间戳、存证哈希值和目录集是否对应，若对应，则签名标类标签和存证哈希值，将签名与实验室论文关联，并将签名反馈给实验人员。

作为优选，所述采集单元存储有若干类数据模板，所述数据模板按照试验设备和试验项目分类，所述采集单元将试验设备数据和关联录入数据按照对应的数据模板进行收集，关联目录信息后作为试验数据。

作为优选，所述存储单元读取若干个同类数据模板且同试验参数的试验设备数据，记为样本数据，计算数据模板包含的字段在样本数据的平均值，记为模板值，所述存储单元接收到新的类数据模板且同试验参数的试验设备数据时，计算试验设备数据每个字段的取值与模板值的差值，使用预设的第一字节长度表示所述差值，当所述差值超出第一字节长度表示数值范围时，使用预设的第二字节长度表示所述差值，所述差值的字节长度变化的位置插入预设标识符，所述预设标识符为第一字节长度的最大值或第二字节长度的最小值，插入预设标识符时，预设标识符的长度与变化前的差值的字节长度相同。

作为优选，所述关联模块公开M个数值对组，每组数值对包括m个数值对(xi,yi)，i∈[1,m]，所述关联模块以周期T依次更新M个数值对组，使用限时加密算法加密Key时，所述共享单元执行以下步骤：选择待更新时长与共享时长相符的数值对组，获得数值对组的序号k；生成随机整数n，n<m，生成一元多项式，一元多项式的次数为n-1，一元多项式经过n个样本点；计算剩余m-n个样本点与一元多项式的距离，全部样本点与一元多项式的距离和记为样本点距离；穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式，使获得的一元多项式的样本点距离最小，记为加密多项式；使用加密多项式加密Key，获得限时密文；将限时密文关联整数n和序号k发送给所述关联模块；所述关联模块解密限时密文时，执行以下步骤：读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式，获得样本点距离最小的一元多项式，记为复原加密多项式；使用复原加密多项式解密限时密文，获得复原Key；使用复原Key尝试解密数据ID对应的试验数据，若正确解密，则将解密出的试验数据与所述的实验室论文关联，若未正确解密，则判定已过共享时长。

作为替代，所述共享单元使用加密多项式加密Key时，执行以下步骤：将Key转换为二进制流，以预设长度将二进制流截断为若干个预设长度的二进制数；生成数据对(xj,△)，使xj代入加密多项式所得结果与△求和后，等于二进制数；将若干个二进制数对应的数据对(xj,△)按相应顺序排列，即为限时密文。

作为替代，所述共享单元获得加密多项式时，执行以下步骤：计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；任意选择其中一个一元多项式作为加密多项式，加密多项式的排列次序记为次序s；所述共享单元将限时密文关联整数n、序号k和次序s发送给所述关联模块；所述关联模块获得复原加密多项式时，执行以下步骤：读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式；计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；次序s对应的一元多项式作为复原加密多项式。

作为替代，所述共享单元获得加密多项式时，执行以下步骤：随机生成数值对(x0,y0)，将数值对(x0,y0)加入序号k对应的数值对组；计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；任意选择其中一个一元多项式作为加密多项式，加密多项式的排列次序记为次序s；所述共享将限时密文关联数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s使用关联模块的公钥加密，记为共享密文，将共享密文关联数据ID、试验设备和试验项目，上传到区块链存储；所述关联模块获得复原加密多项式时，执行以下步骤：查询区块链，获得试验设备和试验项目相符的共享密文；使用关联模块的私钥解密获得限时密文、数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s；读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；将数值对(x0,y0)纳入序号k对应的数值对组，穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式；计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；次序s对应的一元多项式作为复原加密多项式。

本发明的实质性效果是：借助区块链实现了试验数据和实验室论文的存证，将实验室论文和已存证的试验数据关联，提高了实验室科研论文的数据可信度，也增加了实验室论文数据造假的难度，有助于促进科研成果的发布；借助数据模板降低了试验数据占用的存储空间，在科研数据不断增加的情况下，有助于降低数据存储占用空间；借助改进的限时加密算法，能够实现带有时间限制的试验数据共享方案，在安全共享试验数据的同时，有助于控制试验数据的扩散。

附图说明

图1为实施例一实验室论文存证系统示意图。

图2为实施例一使用限时加密算法加密Key方法示意图。

图3为实施例一关联模块解密限时密文方法示意图。

图4为实施例一使用加密多项式加密Key方法示意图。

图5为实施例二共享单元获得加密多项式方法示意图。

图6为实施例二关联模块获得复原加密多项式方法示意图。

图7为实施例三共享单元获得加密多项式方法示意图。

图8为实施例三关联模块获得复原加密多项式方法示意图。

其中：10、上位机模块，11、采集单元，12、存证单元，13、存储单元，14、共享单元，20、区块链，30、存证模块，40、关联模块。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

基于区块链的实验室论文存证系统，请参阅附图1，包括若干个上位机模块10、存证模块30和关联模块40，上位机模块10安装在实验室的试验设备的上位机中，上位机模块10包括采集单元11、存证单元12、存储单元13和共享单元14，采集单元11收集试验设备数据和关联录入数据，试验设备数据为试验中周期性采集的试验设备的状态数据，关联录入数据包括实验人员、试验项目、试验参数和时间戳，采集单元11将试验设备数据及关联录入数据关联目录信息作为试验数据，目录信息包括数据ID、试验设备、试验项目和时间戳，数据ID向关联模块40请求获得，存证单元12提取试验数据的哈希值，记为存证哈希值，将存证哈希值关联数据ID经由存证模块30上传区块链20存储，获得对应的区块高度，存储单元13将试验数据关联存证哈希值和区块高度存储，共享单元14接收实验人员输入的保密时长和共享时长，将试验数据使用对称加密算法加密后，关联数据ID上传到区块链20，对称加密秘钥记为Key，保密时长结束时使用限时加密算法加密Key，限时时长与共享时长相符，将限时加密后的Key关联数据ID、试验设备和试验项目发送给关联模块40，实验人员列举实验室论文涉及的试验数据的目录信息，纳入目录集，将实验室论文关联目录集后提取哈希值，记为论文哈希值，将论文哈希值通过存证模块30上传区块链20存储，将实验室论文、目录集和试验数据提交关联模块40，关联模块40读取与目录集包含的试验设备及试验项目相符的限时加密的Key，尝试解密Key，若能成功解密Key，则将Key解密出的试验数据与的实验室论文关联。

实验室论文指含有试验数据的科研论文，完成试验的实验人员为论文的作者之一，尤指在内室使用试验设备完成试验获得的试验数据。实验室论文披露了试验数据或者对公布了对试验数据的分析结果。其价值建立在试验数据的真实性基础上。若实验室论文涉及的试验数据是通过造假或者抄袭获得，则该实验室论文不仅没有学术价值，而且还存在学术不端行为。因此需要对试验数据造假或者抄袭的行为，进行识别并进行相应清理处理。但由于试验数据高度相似，造假数据难以直接识别，实际施行具有一定的难度。

本实施例通过试验设备的上位机中嵌入上位机模块10，直接获得试验设备的实时数据。值得注意的是采集单元11对试验设备数据的采集是不受试验人员控制的，而是由采集模块周期性自动直接读取试验设备当前的状态数据。杜绝了试验人员完成试验后、存证前，对试验数据进行改动的情况。采集单元11周期性采集的试验设备的状态数据，形成试验设备数据。同时采集模块还接收由试验人员输入的实验人员、试验项目和试验参数，并联网获得时间戳，作为关联录入数据。关联录入数据、试验设备状态数据和目录信息构成试验数据。目录信息记录了数据ID、试验设备、试验项目和时间戳，其中试验设备至试验设备的名称和/或型号。试验参数指试验的材料、条件及模式中的一种或多种。试验参数的变化会带来结果数据的形式或者表征的变化。试验结束后，采集单元11将获得完整的试验数据。存证单元12在试验结束后，提取试验数据的哈希值，记为存证哈希值，将存证哈希值关联数据ID发送给存证模块30，存证模块30将存证哈希值及对应的数据ID上传区块链20存储，并将对应的区块高度反馈给存证单元12。哈希值是由数据输入散列函数获得，哈希值为预设长度的十六进制数，如0x 2D3FD3…622A1D。常用的散列函数有SHA256、SHA512和SM2。本领域中提及哈希值时，通常会连同提及对应的散列函数名称。使用相同的散列函数对相同的数据进行提取哈希值运算，所得哈希值相同。若数据存在任何改动，则会引起雪崩效应，导致哈希值发生显著的变化。

试验完成后，试验数据将会被加密并上传到区块链20存储，同时会由存储单元13存储在本地。但加密的秘钥Key并不会立即共享给任何人，而是留给实验人员一定的保密期，用于实验人员及相关科研人员，基于试验数据完成实验室论文。保密时长由实验人员自行决定并录入共享单元14。待实验人员完成实验室论文后，试验数据将进入共享时长，共享时长同样由实验人员录入共享单元14。在共享时长内关联模块40能够获得试验数据，从而使得关联模块40能够获得多个同试验设备和相同试验项目的试验数据，将多个试验数据共享并关联每一篇实验室论文，能够使试验数据形成交叉验证，进一步提高实验室论文涉及试验数据的可信度。在共享时长结束后，关联模块40将不能再次解密试验数据，若在共享时长内没有同试验设备和相同试验项目的试验数据，则不产生共享。且本实施例限定关联模块40在为新的实验室论文关联相关的试验数据时，仅会关联当时处于共享时长的试验数据。能够控制试验数据的扩散范围。

制定若干种标类实验室论文，标类实验室论文具有标类标签，标类实验室论文需关联若干个指定试验设备及指定试验项目的试验数据，实验人员将相符的实验室论文关联标类标签提交给关联模块40，关联模块40读取试验数据中的试验设备和试验项目，若试验设备和试验项目与标类标签相符，则读取验数据中的实验人员、时间戳、存证哈希值和目录集是否对应，若对应，则签名标类标签和存证哈希值，将签名与实验室论文关联，并将签名反馈给实验人员。

如材料物理特性研究实验室论文为一类标类实验室论文，标类标签为“材料物理特性研究”。材料物理特性研究实验室论文需要包括指定的拉伸试验机进行的材料拉伸试验，指定的拉伸试验机由预设拉伸试验机的型号集合中，任选一个即可。当科研人员完成实验室论文后，将实验室论文关联了标类标签“材料物理特性研究”时，关联模块40就会对实验室论文涉及的试验数据进行检查。判断实验室论文关联的试验数据中是否包含相应的试验数据，试验数据使用的试验设备是否属于预设的拉伸试验机的型号集合，试验项目是否为拉伸试验，试验人员是否是实验室论文作者之一，试验时间是否早于实验室论文且时间跨度是否处于预设的区间内。同时验证试验数据的存证哈希值和目录集是否均对应成立。若验证均通过，则接受实验室论文对标类标签的关联，同时使用关联模块40的私钥对标类标签和存证哈希值进行签名。

采集单元11存储有若干类数据模板，数据模板按照试验设备和试验项目分类，采集单元11将试验设备数据和关联录入数据按照对应的数据模板进行收集，关联目录信息后作为试验数据。如金属拉伸试验的试验数据被纳入材料研究的实验室论文时，采集单元11在进行金属拉伸试验过程中，即按照对应的数据模板进行收集。如表1所示，为数据模板，采集模块将按照采集模板将相应的关联录入数据和试验设备数据采集，并将数据与相应的字段关联，形成结构化的数据。试验设备数据为每个20毫秒对试验设备当前的拉力F和形变△读取获得。读取的起始时间为时间戳，即1647934084，从拉力F和形变△数据对的次序能够推断出读取的时间。

表1 金属拉伸试验的数据模板

实验人员	郑XX
		试验项目	金属拉伸试验
试验参数	连续拉伸
		试验设备	电子试验机WT-200A型
时间戳	1647934084
		试验设备数据	(F:3,△:0.1)(F:4,△:0.2)…(F:825,△:5.9)(F:765,△:6.4)

存储单元13读取若干个同类数据模板且同试验参数的试验设备数据，记为样本数据，计算数据模板包含的字段在样本数据的平均值，记为模板值，存储单元13接收到新的类数据模板且同试验参数的试验设备数据时，计算试验设备数据每个字段的取值与模板值的差值，使用预设的第一字节长度表示差值，当差值超出第一字节长度表示数值范围时，使用预设的第二字节长度表示差值，差值的字节长度变化的位置插入预设标识符，预设标识符为第一字节长度的最大值或第二字节长度的最小值，插入预设标识符时，预设标识符的长度与变化前的差值的字节长度相同。

模板值记录试验设备数据，表1记载的试验设备数据表示金属受拉过程中，产生的抗拉力和形变的关系。表1中记载的拉力F为整数，实际试验中拉力F并非是包含多个小数位的数，占据的存储长度一般为4个字节，即使用32位来表示拉力的大小。同样的形变△也为小数，通常也使用4个字节表示。本实施例更换拉力F和形变△使用的单位，使拉力F和形变△均以整数形式记载。如45#钢的屈服强度为600MPa，使用半径10毫米的45#钢进行金属拉伸试验时，最大的拉力F的值约为188495.559N，小数点后保留了3位小数是试验精度的要求。本实施例将单位N转换为10^-3N，记为mN，即188495.559215N=188495559mN，数值188495559需要使用4个字节表示，其二进制表示为：00001011001111000011011011000111B。当拉伸刚开始时，拉力F的值较小，由0mN逐渐增加到188495559mN。拉力F全程均使用4个字节表示，需要占用较多的存储空间。相同的材料进行金属拉伸试验时，试验设备数据的重复度将非常高。在金属拉伸试验时，为了降低偶然因素的影响，通常需要进行多次试验。且不同实验室也会经常进行相同的试验。本实施例中同试验参数指同牌号的金属材料进行拉伸试验。因此存储单元13记录若干个试验数据后，读取若干个同类数据模板且同试验参数的试验设备数据，获得平均值，即为模板值。存储试验数据时，仅存储试验数据与模板值的差值即可。由于差值较小，因而可以使用较短的字节长度表示。

如仅考虑拉力F，模板值中连续的4个拉力F的值分别为：(F:49347632、F:49349632、F:49353632、F:49356632)。采集单元11采集的对应次序的拉力F的值分别为：(F:48935087、F:48935604、F:67623032、F:48936792)，其中第三个值F:48923032为明显的噪点，本实施例不对噪点的清除进行讨论，仅讨论完整正确的记录试验设备数据。则相应的差值分别为: (F’:-412545、F’: -414028、F’: 18269400、F’: -419840)，其中除第三个差值外，其他差值使用3个字节长度足以表示，第三个差值则需要使用4个字节长度表示。本实施例中第一字节长度为3字节长度，第二字节长度为4字节。第二字节长度即为原值的占用长度。则连续表示上述4个拉力F的值时，需要转换字节长度。第一字节长度中的第一个位用于表示差值的符号，首位为1则差值为负值，首位为0则差值为正值。预设标识符为第一字节长度的最大值或第二字节长度的最小值，即第一字节长度的最大值为0111 1111 1111 11111111，第二字节长度的最小值即为0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000。则(F’:-412545、F’: -414028、F’: 18269400、F’: -419840)的二进制表示为：(F’: 1000 01100100 1011 1000 0001、F’: 1000 0110 0101 0001 0100 1100、F’:0000 0001 0001 01101100 0100 1101 1000、F’: 1000 0110 0110 1000 0000 0000)。

在存储单元13里进行存储时，在第三个差值前添加0111 1111 1111 1111 1111，第三个差值后添加0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000，则最终存储单元13内存储的二进制流为：1000 0110 0100 1011 1000 0001 1000 0110 0101 0001 0100 11000111 1111 1111 1111 1111 0000 0001 0001 0110 1100 0100 1101 1000 0000 00000000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0110 0110 1000 0000 0000。

读取到这段二进制流时，处于差值以3字节长度表示，连续读取3字节长度两次，获得两个差值。而后再次读取3字节长度时，发现读取的数值为第一字节长度的最大值，此时切换为4字节长度进行读取，获得第三个差值，再次尝试读取4字节长度时，发现读取到的值是第二字节长度的最小值，于是再次切换会3字节长度进行读取，即可读取获得第四个差值。四个差值与模板值相加，即可获得本次试验的试验设备数据。本实施例中仅作为用于表示差值的字节长度变化时的存储说明，实际中差值的字节长度变化并不频繁，为此添加标识符占据的存储空间开销相对于使用第一字节长度表示差值节省的存储空间是极少的。

试验设备数据是固定周期读取的，由于每次拉伸试验的时间长度不同，导致获得的试验设备数据的数量是不同的，存在数量多少的差异。当拉伸试验的时间短于模板值的时间长度时，模板值的数量更多，此时直接截断并丢弃多余出来的模板值即可。当拉伸试验的时间长于模板值的时间长度时，模板值的数量不足，此时添加(F:0,△:0)来补充模板值的数量。添加的(F:0,△:0)使得差值永远等于采集单元11读取的值，因而不会造成更多存储空间的开销。

即便是不同的金属材料，也具有相似的变化规律。如2A11铝的屈服强度为370Mpa，使用半径10毫米的2A11铝进行金属拉伸试验时，最大的拉力F的值约为116238.928N=116238928mN。二者的差值为116238928，需要使用28位长度表示，相对于32位长度表示的原值，减少了4位。但限定同材料采用同模板值，能够取得最佳的实施效果。虽然相近领域公开技术中，对材料的拉伸强度的研究资料公开较多。多个实验室进行相同材料的金属拉伸试验，并用于实验室论文的需求概率不大。

本实施例仅以此举例用于说明技术方案的实施。当前实验室对最新课题进行研究和试验时，本实验室以及同行，为确保试验结果的真实、稳定和可信，是有动力和客观需求，进行多次重复试验的。比如多个实验室均进行流感病毒在不同物体表面、室温且无风条件下的存活率与时间的关系的试验时。为确保试验数据的可信，有动机和需求进行多次重复试验。其他科研工作者亦有动机进行同样的实验室试验，进行验证。此时试验的数据模板和模板值的获得，与本实施例记载金属拉伸试验数据模板和模板值的获得过程相同。

关联模块40公开M个数值对组，每组数值对包括m个数值对(xi,yi)，i∈[1,m]，关联模块40以周期T依次更新M个数值对组，使用限时加密算法加密Key时，请参阅附图2，共享单元14执行以下步骤：步骤A01）选择待更新时长与共享时长相符的数值对组，获得数值对组的序号k；步骤A02）生成随机整数n，n<m，生成一元多项式，一元多项式的次数为n-1，一元多项式经过n个样本点；步骤A03）计算剩余m-n个样本点与一元多项式的距离，全部样本点与一元多项式的距离和记为样本点距离；步骤A04）穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式，使获得的一元多项式的样本点距离最小，记为加密多项式；步骤A05）使用加密多项式加密Key，获得限时密文；步骤A06）将限时密文关联整数n和序号k发送给关联模块40。

表2 关联模块40公开的M个数值对组

序号	待更新时长	数值对
			1	1d	(1,26),(2,30),(3,64),(5,36),(7,28),(8,40)
2	2d	(2,16),(3,40),(5,29),(6,36),(7,39),(9,12)
			…	…
60	60d	(2,36),(3,50),(4,18),(6,26),(8,19),(9,20)
			…	…
90	90d	(1,67),(2,15),(3,37),(5,16),(7,47),(9,84)

如表2中记载，关联模块40共公开了90组数值对，每组有6个数值对。待更新时长从1d至90d，d表示天。即最长的共享时长为90天，最短的共享时长为1天。若选择第1组数值对，完成限时加密，则第二天数值对就会被更新。更新后则无法再正确解密获得Key，从而终止了试验数据的共享。序号为1的数值对组第二天更新后，待更新时长变为90d，相应的序号为90的数值对组的待更新时长则变为89d。

共享单元14选择序号为60的数值对组，即共享时长为60天。随机整数n的值取3，则从数值对组中选择3个数值对。如：(2,36),(3,50),(4,18)，构成的一元多项式为f(x)=-23*x^2+129*x-130。一元多项式f(x)=-23*x^2+129*x-130与样本点(6,26)的距离为dist=|f(6)-26|=210。同样的计算获得一元多项式f(x)=-23*x^2+129*x-130与其他样本点的距离，计算获得距离和，记为样本点距离。穷举6个样本点中选择3个样本点的组合，获得多个一元多项式。其中样本点距离最小的作为加密多项式。

请参阅附图3，关联模块40解密限时密文时，执行以下步骤：步骤B01）读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；步骤B02）穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式，获得样本点距离最小的一元多项式，记为复原加密多项式；步骤B03）使用复原加密多项式解密限时密文，获得复原Key；步骤B04）使用复原Key尝试解密数据ID对应的试验数据，若正确解密，则将解密出的试验数据与的实验室论文关联，若未正确解密，则判定已过共享时长。关联模块40在共享时长内，根据n和序号k，能够复原出加密多项式。使用加密多项式加密Key的过程是对称加密过程，因而能够复原Key。

共享单元14使用加密多项式加密Key时，请参阅附图4，执行以下步骤：步骤C01）将Key转换为二进制流，以预设长度将二进制流截断为若干个预设长度的二进制数；步骤C02）生成数据对(xj,△)，使xj代入加密多项式所得结果与△求和后，等于二进制数；步骤C03）将若干个二进制数对应的数据对(xj,△)按相应顺序排列，即为限时密文。

将Key转换为二进制表示为：01111011 01010011 01101001 01100111 0110111001000001 00101100 01010011 01101001 01100111 01101110 01000010 0010110000110001 00110000 00110000 00101100 00110001 00110110 00110100 0011011100110101 00110000 00110110 00111001 00110110 00110100 01111101，共28个字节。以4字节截取获得7个二进制数，分别为：{2069064039,1849764947,1768386114,741421104,741422644,926232630,959853693}。加密多项式f(x)=-23*x^2+129*x-130，二进制数2069064039，可以表示为(5,2069064099)，即2069064039=f(5)+2069064099，从而将二进制数2069064039表示为数据对(5, 2069064099)。其余二进制数做同样操作即可获得全部二进制数的数据对表示。全部数据对即为限时密文。

当关联模块40获得复原加密多项式时，将每个数据对代入复原加密多项式，获得二进制数，将多个二进制数按顺序拼接即可获得Key的二进制表示，即获得了复原Key。尝试使用复原Key作为秘钥，使用约定的对称加密算法解密数据ID对应的加密后的试验数据，若能够正确解密，则说明试验数据仍然处于共享时长内。若无法正确解密，则说明已过试验数据的共享时长。关联模块40继续尝试解密下一个数据ID对应的试验数据或者结束操作。

本实施例的有益技术效果是：借助区块链20实现了试验数据和实验室论文的存证，将实验室论文和已存证的试验数据关联，提高了实验室科研论文的数据可信度，也增加了实验室论文数据造假的难度，有助于促进科研成果的发布；借助数据模板降低了试验数据占用的存储空间，在科研数据不断增加的情况下，有助于降低数据存储占用空间；借助改进的限时加密算法，能够实现带有时间限制的试验数据共享方案，在安全共享试验数据的同时，有助于控制试验数据的扩散。

实施例二：

基于区块链的实验室论文存证系统，本实施例在实施例一的基础上，对加密多项式的获取方式提出新的替代技术方案。请参阅附图5，共享单元14获得加密多项式时，执行以下步骤：步骤D01）计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；步骤D02）任意选择其中一个一元多项式作为加密多项式，加密多项式的排列次序记为次序s；步骤D03）共享单元14将限时密文关联整数n、序号k和次序s发送给关联模块40。请参阅附图6，关联模块40获得复原加密多项式时，执行以下步骤：步骤E01）读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；步骤E02）穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式；步骤E03）计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；步骤E04）次序s对应的一元多项式作为复原加密多项式。

在实施例一中，若未获得正确的n值，每个数值对组仅包括了6个数值对，则通过6个样本点能够复原出6个加密多项式。通过穷举攻击能够轻易的破解限时加密。为此实施例一记载方案在实施时需要增加每个数值对组包含的数字对数量，比如增加到512个或者1024个数值对。当增加到512个数值对时，能够复原出512个加密多项式，仍然不足以提供足够的安全性保证。因此本实施例在实施例一的基础上，提供了新的技术方案。

本实施例中，确定n的值后，穷举从m个数值对中选择n个数值对的组合。计算过每个组合中n个点的一元多项式，而后计算一元多项式的样本点距离。能够获得C(m,n)个一元多项式。将C(m,n)个一元多项式按照样本点距离升序排列，每个一元多项式将具有次序s。使得在每个n的值下，能够作为加密多项式的候选一元多项式的数量为C(m,n)，通过次序s指定其中的一个作为加密多项式。

如选择序号为60的数值对组，选定n的值为2，则能够生成15个一元多项式。一元多项式及相应的样本点距离如表3所示。

表3 一元多项式及相应的样本点距离

一元多项式	样本点距离
		f(x)=14/1*x+8/1	327
f(x)=-9*x+54	133
		f(x)=-2.5*x+41	33
f(x)=-17/6*x+125/3	34.3
		f(x)=-16/7*x+284/7	33.8
f(x)=-32*x+146	409
		f(x)=-8*x+74	73
f(x)=-31/5*x+343/5	58.6
		f(x)=-5390*x+65	61
f(x)=4*x+2	95
		f(x)=1/4*x+17	59
f(x)=2/5*x+82/5	59
		f(x)=-7/2*x+47	37
f(x)=-2*x+38	35
		f(x)=x+11	71

当两个一元多项式的样本点距离相同时，按照一元多项式高次项系数的较小值排序在前进行排序。

表4 样本点距离升序排列后的一元多项式

次序s	一元多项式	样本点距离
			1	f(x)=-2.5*x+41	33
2	f(x)=-16/7*x+284/7	33.8
			3	f(x)=-17/6*x+125/3	34.3
4	f(x)=-2*x+38	35
			5	f(x)=-7/2*x+47	37
6	f(x)=-31/5*x+343/5	58.6
			7	f(x)=1/4*x+17	59
8	f(x)=2/5*x+82/5	59
			9	f(x)=-5390*x+65	61
10	f(x)=x+11	71
			11	f(x)=-8*x+74	73
12	f(x)=4*x+2	95
			13	f(x)=-9*x+54	133
14	f(x)=14/1*x+8/1	327
			15	f(x)=-32*x+146	409

如表4所示，为按照样本点距离升序排列后的一元多项式的排序，排序的次序s如表4中所记载。当选择n=2，s=9时，对应的加密多项式为f(x)=-5390*x+65，将二进制数2069064039，表示为(-383800,381974)，对应的n=2，序号k=60，次序s=9。当每个数值对组包含6个数值对时，能够生成64个一元多项式。当每个数值对组包含48个数值对时，能够生成2^48个一元多项式。继续提高数值对组包含的数值对，即能够提供足够多的组合，应对穷举攻击。

实施例三：

基于区块链的实验室论文存证系统，本实施例在实施例二的基础上，对加密多项式的获取方式提出新的替代技术方案。请参阅附图7，共享单元14获得加密多项式时，执行以下步骤：步骤F01）随机生成数值对(x0,y0)，将数值对(x0,y0)加入序号k对应的数值对组；步骤F02）计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；步骤F03）任意选择其中一个一元多项式作为加密多项式，加密多项式的排列次序记为次序s；步骤F04）共享将限时密文关联数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s使用关联模块40的公钥加密，记为共享密文，将共享密文关联数据ID、试验设备和试验项目，上传到区块链20存储.请参阅附图8，关联模块40获得复原加密多项式时，执行以下步骤：步骤G01）查询区块链20，获得试验设备和试验项目相符的共享密文；步骤G02）使用关联模块40的私钥解密获得限时密文、数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s；步骤G03）读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；步骤G04）将数值对(x0,y0)纳入序号k对应的数值对组，穷举过数值对组中n个样本点的一元多项式；步骤G05）计算全部过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；步骤G06）次序s对应的一元多项式作为复原加密多项式。

对于实施例二记载的技术方案，增加数值对组包含的数值对数量，虽然能够提高安全性，但同时也会降低限时加解密的效率，导致安全性和性能之间存在矛盾。为此，本实施例在实施例二基础上，增加了新的技术特征，以在显著提高限时加密的安全性的同时，不影响限时加解密执行的效率。

本实施例中，共享单元14不仅向关联模块40提供整数n、序号k和次序s，还随机生成数值对(x0,y0)。将数值对(x0,y0)也提供给关联模块40。共享单元14使用关联模块40的公钥将关联数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s加密发送给关联模块40，使得只有关联模块40能够解密获得，具有足够的安全性。序号k对应的数值对组，加入关联数值对(x0,y0)，将具有m+1个数值对。m+1个数值对选择n个数值对生成一元多项式，能够生成c(m+1,n)个一元多项式。如同样选择序号k为60，n的值为2，添加关联数值对后，数值对组将有7个数值对，则能够产生的一元多项式数量为21个，获得21个一元多项式的表达式后，计算样本点距离。按照样本点距离升序排序获得每个一元多项式的次序s。同样的，当两个一元多项式的样本点距离相同时，按照一元多项式高次项系数的较小值排序在前进行排序。若最高次项的系数相同，则根据次最高次项系数升序排列，直到系数不同。若两个一元多项式的系数完全相同，则这两个一元多项式的次序先后已不再影响技术方案的实施，随意排序即可。相对于实施例二，本实施例加入了关联数值对(x0,y0)后，使穷举破解从理论上变得不可能。但关联模块40获得了关联数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s的情况下，却能够快速的计算获得复原加密多项式，具有较高的执行效率和极高的安全性。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

包括若干个上位机模块、存证模块和关联模块，所述上位机模块安装在实验室的试验设备的上位机中，所述上位机模块包括采集单元、存证单元、存储单元和共享单元，所述采集单元收集试验设备数据和关联录入数据，所述试验设备数据为试验中周期性采集的试验设备的状态数据，所述关联录入数据包括实验人员、试验项目、试验参数和时间戳，所述采集单元将试验设备数据及关联录入数据关联目录信息作为试验数据，所述目录信息包括数据ID、试验设备、试验项目和时间戳，所述数据ID向所述关联模块请求获得，所述存证单元提取试验数据的哈希值，记为存证哈希值，将存证哈希值关联数据ID经由存证模块上传区块链存储，获得对应的区块高度，所述存储单元将试验数据关联存证哈希值和区块高度存储，所述共享单元接收实验人员输入的保密时长和共享时长，将试验数据使用对称加密算法加密后，关联数据ID上传到区块链，对称加密秘钥记为Key，保密时长结束时使用限时加密算法加密Key，限时时长与共享时长相符，将限时加密后的Key关联数据ID、试验设备和试验项目发送给关联模块，实验人员列举实验室论文涉及的试验数据的目录信息，纳入目录集，将实验室论文关联目录集后提取哈希值，记为论文哈希值，将论文哈希值通过存证模块上传区块链存储，将实验室论文、目录集和试验数据提交关联模块，所述关联模块读取与目录集包含的试验设备及试验项目相符的限时加密的Key，尝试解密Key，若能成功解密Key，则将Key解密出的试验数据与所述的实验室论文关联。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

制定若干种标类实验室论文，所述标类实验室论文具有标类标签，所述标类实验室论文需关联若干个指定试验设备及指定试验项目的试验数据，

实验人员将相符的实验室论文关联标类标签提交给所述关联模块，所述关联模块读取试验数据中的试验设备和试验项目，若试验设备和试验项目与标类标签相符，则读取试验数据中的实验人员、时间戳、存证哈希值和目录集是否对应，若对应，则签名标类标签和存证哈希值，将签名与实验室论文关联，并将签名反馈给实验人员。

3.根据权利要求1或2所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

所述采集单元存储有若干类数据模板，所述数据模板按照试验设备和试验项目分类，所述采集单元将试验设备数据和关联录入数据按照对应的数据模板进行收集，关联目录信息后作为试验数据。

4.根据权利要求3所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

所述存储单元读取若干个同类数据模板且同试验参数的试验设备数据，记为样本数据，计算数据模板包含的字段在样本数据的平均值，记为模板值，所述存储单元接收到新的类数据模板且同试验参数的试验设备数据时，计算试验设备数据每个字段的取值与模板值的差值，使用预设的第一字节长度表示所述差值，当所述差值超出第一字节长度表示的数值范围时，使用预设的第二字节长度表示所述差值，在所述差值的字节长度变化的位置插入预设标识符，所述预设标识符为第一字节长度的最大值或第二字节长度的最小值，插入预设标识符时，预设标识符的长度与变化前的差值的字节长度相同。

5.根据权利要求1或2所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

所述关联模块公开M个数值对组，每组数值对包括m个数值对(xi,yi)，i∈[1,m]，所述关联模块以周期T依次更新M个数值对组，

使用限时加密算法加密Key时，所述共享单元执行以下步骤：

选择待更新时长与共享时长相符的数值对组，获得数值对组的序号k；

生成随机整数n，n<m，生成一元多项式，一元多项式的次数为n-1，一元多项式经过n个样本点；

计算剩余m-n个样本点与一元多项式的距离，全部样本点与一元多项式的距离和记为样本点距离；

穷举经过数值对组中n个样本点的一元多项式，使获得的一元多项式的样本点距离最小，记为加密多项式；

使用加密多项式加密Key，获得限时密文；

将限时密文关联整数n和序号k发送给所述关联模块；

所述关联模块解密限时密文时，执行以下步骤：

读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；

穷举经过数值对组中n个样本点的一元多项式，获得样本点距离最小的一元多项式，记为复原加密多项式；

使用复原加密多项式解密限时密文，获得复原Key；

使用复原Key尝试解密数据ID对应的试验数据，若正确解密，则将解密出的试验数据与所述的实验室论文关联，若未正确解密，则判定已过共享时长。

6.根据权利要求5所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

所述共享单元使用加密多项式加密Key时，执行以下步骤：

将Key转换为二进制流，以预设长度将二进制流截断为若干个预设长度的二进制数；

生成数据对(xj,△)，使xj代入加密多项式所得结果与△求和后，等于二进制数；

将若干个二进制数对应的数据对(xj,△)按相应顺序排列，即为限时密文。

7.根据权利要求5所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

所述共享单元获得加密多项式时，执行以下步骤：

计算全部经过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；

任意选择其中一个一元多项式作为加密多项式，加密多项式的排列次序记为次序s；

所述共享单元将限时密文关联整数n、序号k和次序s发送给所述关联模块；

所述关联模块获得复原加密多项式时，执行以下步骤：

读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；

穷举经过数值对组中n个样本点的一元多项式；

计算全部经过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；

次序s对应的一元多项式作为复原加密多项式。

8.根据权利要求5所述的基于区块链的实验室论文存证系统，其特征在于，

所述共享单元获得加密多项式时，执行以下步骤：

随机生成数值对(x0,y0)，将数值对(x0,y0)加入序号k对应的数值对组；

计算全部经过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；

任意选择其中一个一元多项式作为加密多项式，加密多项式的排列次序记为次序s；

所述共享单元将限时密文关联数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s使用关联模块的公钥加密，记为共享密文，将共享密文关联数据ID、试验设备和试验项目，上传到区块链存储；

所述关联模块获得复原加密多项式时，执行以下步骤：

查询区块链，获得试验设备和试验项目相符的共享密文；

使用关联模块的私钥解密获得限时密文、数值对(x0,y0)、整数n、序号k和次序s；

读取序号k对应的数值对组包含的m个数值对(xi,yi)；

将数值对(x0,y0)纳入序号k对应的数值对组，穷举经过数值对组中n个样本点的一元多项式；

计算全部经过数值对组中n个样本点的一元多项式的样本点距离，将一元多项式按照样本点距离升序排列；

次序s对应的一元多项式作为复原加密多项式。

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