CN114448677A - 基于区块链的边缘服务器、数据上链方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于区块链的边缘服务器、数据上链方法及系统，所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。在传输连接断开前将该指令删除，从而保证数据防入侵和篡改。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，特别是涉及基于区块链的边缘服务器、数据上链方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着智能传感器应用的普及，传感器网络的规模和数据传输链路越来越长，对应的数据采集量也在激增，从而引起智能传感器检测得到的数据在传输、存储、显示和查询等环节都存在被篡改的风险。因此，实现海量数据的安全采集、可靠传输、加密存储和灵活查询目前成为一个亟待解决的问题。
区块链起源于比特币，因其去中心化的架构设计，具有不可伪造、全程留痕、可以追溯、公开透明等特征获得广泛应用。因此，在区块链各节点上可以较好地解决智能传感器海量数据在存储和显示方面的数据防篡改问题。但是从智能传感器或中继到区块链节点的安全问题依然没有解决，如果在智能传感器与区块链数据上链存储成功之间任一环节将数据篡改，区块链技术的优势将无法体现，同时也失去了使用区块链系统的意义。
在物联网应用领域，一直存在拥有足够的计算资源和低延迟的矛盾。其原因在于从物联网设备到云端的第一次网络传输的网络容量非常有限。为了弥补云计算的缺陷，欧洲电信标准协会提出过一个移动边缘计算框架。该方案是基于5G演进架构，将移动无线接入与互联网业务深度融合。这就减少了将数据从客户拥有的物联网设备转发到云平台的延迟；同时也将计算能力、存储能力需求量大的业务下沉到移动边缘节点，克服了当前云服务器中一些潜在限制因素(如终端设备能耗较低)，减少了将安全敏感数据传输到云平台的要求以及物联网设备和云平台之间的网络容量需求等限制。但是该移动边缘计算框架并没有解决智能传感器海量数据传输到区块链系统的信息传输安全问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于区块链的边缘服务器、数据上链方法及系统；在传输连接断开前将该指令删除，从而保证数据防入侵和篡改。
第一方面，本发明提供了基于区块链的边缘服务器；
基于区块链的边缘服务器，所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；
所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；
所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；
所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；
所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
第二方面，本发明提供了基于区块链的数据上链方法；
基于区块链的数据上链方法，包括：
边缘服务器与至少一个区块链节点建立传输连接；
边缘服务器获取所述区块链节点传输过来的数据传输指令；
边缘服务器对数据传输指令进行解析；
边缘服务器根据解析结果，将传感器采集的数据分包、加密后传输给区块链节点；
区块链节点将接收到的数据进行解密、打包，并把数据上链；
边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
第三方面，本发明提供了基于区块链的数据上链系统；
基于区块链的数据上链系统，包括：边缘服务器和若干个区块链节点；
所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；
所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；
所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；
所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；
所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本公开首先实现了传感器检测数据的不可伪造、可追溯的数据存储；其次，通过边缘服务器实现传感器数据传输到至少一个区块链节点，并通过区块链节点上链，提高了系统部署的灵活性，并且降低了对区块链节点计算能力限制，节约了硬件成本；再次，边缘服务器负责与其通信的区块链节点建立传输连接，通过该传输，所述区块链节点将传输、加密算法指令下载到所述边缘服务器，并在该传输连接断开前将该指令删除，从而保证数据防入侵和篡改；最后，边缘服务器中还具有加密模块，把接收到的传感器检测的数据加密打包后再传输到区块链节点，进一步提高了传感器检测数据的安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例一的基于区链块的边缘服务器；
图2为实施例一的基于以太网通信的区块系统；
图3为实施例一的基于无线通信的区块系统；
图4为实施例一的边缘服务器的硬件框图；
图5为实施例一的处理器与加密模块的实施方式一；
图6为实施例一的边缘服务器处理器与加密模块的实施方式二；
图7为实施例一的处理器与加密模块的SPI串行通信接口方式；
图8为实施例一的处理器与加密模块的8位并行通信接口方式；
图9为实施例一的边缘服务器与区块链节点的数据通信方法；
图10为实施例一的销毁所述指令的方法一；
图11为实施例一的销毁所述指令的方法二；
图12为实施例一的边缘服务器与区块链节点的数据传输方法。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例所有数据的获取都在符合法律法规和用户同意的基础上，对数据的合法应用。
实施例一，本实施例提供了基于区块链的边缘服务器；
如图1和图9所示，基于区块链的边缘服务器，所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；
所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；
所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；
所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；
所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
进一步地，如图2和图3所示，所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接，其中通信连接包括有线连接和无线连接。
优选地，所述有线连接，是指：以太网连接。
示例性地，所述无线连接，包括但不限于4G、5G、蓝牙或者WIFI等。
边缘服务器连接电表与区块链的示意图如图2所示。在该实施例中，边缘服务器包括处理器、电源电路、RS-485接口和以太网，其中，电源电路为整个边缘服务器提供电源，RS-485接口负责传输电表检测的各种数据到处理器，处理器通过以太网把电表检测的各种数据传输到已建立通信连接的任一区块链节点，所述区块链节点对该传输数据进行打包，并封装成区块，从而将该区块数据进行上链。本实施例中，图2的电表以3个为例，但在具体实施时可以为多个电表。
进一步地，如图4所示，所述边缘服务器，包括：处理器，所述处理器分别与加密模块、电源电路、RS-232接口、RS-485接口、CAN接口、传感器无线接口、振荡电路、以太网接口、无线通讯接口、NANDFLASH和DDRAM内存。
图4完整地呈现了边缘服务器的资源，边缘服务器除了具有必须的电源电路、振荡电路、NANDFLASH和DDRAM内存外，还具丰富的通信接口，包括但不限于RS-232接口、RS-485接口、CAN接口、传感器无线接口、以太网接口、无线通信接口。
RS-232接口、RS-485接口、CAN接口和传感器无线接口用于边缘服务器收集各电表的检测数据，并把该数据通过以太网和/或无线通信传输到至少一个区块链节点。
优选地，如图5所示，所述加密模块，包括：微处理器，所述微处理器与所述处理器连接，所述微处理器与加密芯片连接。所述加密芯片，用于实现对数据的加密工作。
优选地，如图6所示，所述加密模块，包括：微处理器，所述微处理器内部设置至少一个加密软件包，所述微处理器与所述处理器连接。
示例性地，所述加密软件包中的算法包括但不限于SM2、SM3和/或SM4。
应理解地，所述加密模块，用于对待加密的数据进行加密处理。
优选地，如图7和图8所示，所述处理器与所述微处理器之间通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)的方式进行连接，或者采用并行总线接口的方式进行连接。
边缘服务器，还包括一个加密模块，该加密模块通过串口或者并口总线与处理器通信。其中串口总线的连接方式以SPI接口为例说明，具体实施方式如图7所示；并口总线的连接方式以8位总线接口为例说明，具体实施方式如图8所示。图7和图8中仅是以较优的SPI接口和8位并行总线为例进行实施，根据本实施，本领域技术人员还可以使用uart、RS-232和CAN等串行接口或者16位、32位并行总线进行等效替换实施，这些变形实施均在本发明的保护范围之内。
另外，处理器提供的无线通信接口与以太网接口的功能相同，但该无线通信接口包括但不限WIFI、蓝牙、5G、4G等通信接口，通过无线通信的天线将智能传感器检测到的数据传输到至少一个区块链节点，区块链节点将所述数据上链至区块链系统，具体实施方式的连接示意图如图3所示。另外，加密模块与处理器优选共用一个电源电路，简化电路硬件设计，降低成本。
加密模块可以仅包括一个硬件加密芯片，处理器直接通过硬件加密芯片提供的通信接口进行控制和数据交互，从而实现数据加密。加密模块也可以是一个包含微处理器的模块，如图5和图6所示。图5中的加密模块，包含一个微处理器和一个加密芯片的实施方式，处理器与微处理器通信，微处理器与加密芯片通信，这样做比只采用一个硬件加密芯片的优势是便于统一加密模块与处理器的通信接口和协议，较好地提高了加密模块和硬件加密芯片的兼容性。
图6的加密模块是采用软件加密算法，该软件加密算法运行在加密模块的微处理器上。所述加密算法以典型处理器架构下的国产密码算法为基础，进一步结合微处理器指令对密码算法底层模块进行原子级优化，实现了基于微处理器平台的密码算法快速实现技术，算法性能较标准算法显著提升，可实现多系统多平台下国际标准算法的等效替换。
深度优化的加密软件包固件尺寸小于140K，内置完整的SM2、SM3、SM4标准算法和模式，实现数倍于标准算法的运算速度。该加密软件包采用标准C语言接口，支持SM2、SM3、SM4加密算法，可以选择源码或动态链接库/静态链接库的方式编译到微处理器指令中。通过对不同微处理器的速度测算，得到以下数据：针对32位72Mhz主频微处理器，SM2签名时间小于30ms，SM2验签时间小于150ms，SM4加密速度大于5Mbps；针对16位20M主频的微处理器，SM2签名时间小于0.35s，SM2验签时间小于1.8s，SM4加密速度大于500Kbps。在图1和图3中的所述边缘服务器采用与众不同的通信方式与所述区块链节点进行数据通信。其具体数据传输方式如图9所示。所述边缘服务器与至少一个所述区块链节点建立有线或者无线的传输连接，所述区块链节点将数据传输指令下载到所述边缘服务器，所述边缘服务器运行所述数据传输指令，将电表检测得到的数据通过所述数据传输指令传输到所述区块链节点，并在所述传输连接断开前销毁所述数据传输指令。所述边缘服务器的这种连接和数据传输方式，较好地增强了系统的安全性。另外，在所述区块链节点向所述边缘服务器下载指令前，可以对边缘服务器的指定数据存储区或指令存储区进行校验，以验证该边缘服务器是否合法，所述校验可以为求和校验、CRC校验或者哈希值的校验等。所述销毁所述指令包括但不限于删除全部指令，删除指令的关键传输算法、删除关键指令等，其目的是使所述指令不再能被破解或者分析到任何有用的信息。因此，所述区块链的边缘服务器通过与区块链节点的连接和数据传输的技术方案，较好地保证了从边缘服务器到区块链节点的数据传输安全性，有效地防止了在数据上链前被恶意篡改。传感器数据上链以后，区块数据的修改，需要得到所有区块链节点的授权，因此所述边缘服务器较好地解决了智能传感器如电表检测的数据在上链前的防篡改问题，具有很强的应用价值。
进一步地，所述数据传输指令，包括：数据加密子指令或数据打包子指令。
所述数据加密子指令用于对数据进行加密；
所述数据打包子指令用于对数据进行打包。
进一步地，所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令，之后，是将数据传输指令存储到边缘服务器的内存中。
可替换地，如图10所示，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器接收区块链节点发送的数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器将销毁成功通知发送给区块链节点；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
可替换地，如图11所示，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器向区块链节点发送数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器接收区块链节点的同意销毁指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
在所述数据传输指令中可以包含该指令的自毁代码，通过边缘服务器或者已建立通信连接的区块链节点来控制该自毁代码的运行，进而销毁所述数据传输指令。为了进一步提高系统的安全性，也可以在所述边缘服务器与建立连接的所述区块链节点断开通信连接的同时，立即触发该自毁代码，销毁所述数据传输指令。
更进一步，所述边缘服务器与两个区块链节点通信连接；其中一个区块链节点负责向所述边缘服务器传输数据传输指令，另一个区块链节点负责接收所述边缘服务器发送的传感器数据。
该实施的优势在于，可以把数据传输指令单独由一个或者几个区块链节点负责管理，较有利于通信协议和加密算法的保密，提高系统安全性；设立专用区块链节点接收边缘服务器发送的数据，有利于明确区块链系统中各节点的功能定义，有选择地提高或者降低区块链节点的硬件配置，合理优化硬件资源。
实施例二，本实施例提供了基于区块链的数据上链方法；
基于区块链的数据上链方法，包括：
S201：边缘服务器与至少一个区块链节点建立传输连接；
S202：边缘服务器获取所述区块链节点传输过来的数据传输指令；
S203：边缘服务器对数据传输指令进行解析；
S204：边缘服务器根据解析结果，将传感器采集的数据分包、加密后传输给区块链节点；
S205：区块链节点将接收到的数据进行解密、打包，并数据上链；
S206：边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
进一步地，所述区块链节点的区块，存储数据传输指令。
进一步地，所述把数据上链，还包括：将数据封装为区块后，上传到区块链。
可替换地，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器接收区块链节点发送的数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器将销毁成功通知发送给区块链节点；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
所述销毁由已建立连接的区块链节点主导，由所述区块链节点发出请求销毁所述指令，由边缘服务器或者所述数据传输指令中的自毁指令销毁所述数据传输指令。
可替换地，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器向区块链节点发送数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器接收区块链节点的同意销毁指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
如图11所示，在将要断开通信连接前，所述边缘服务器向已连接的所述区块链节点请求销毁所述指令，待收到所述区块链节点同意销毁所述指令后，执行销毁所述指令，这种技术方案较好的实现了边缘服务器与区块链节点执行动作的一致性，使边缘服务器和区块链节点的分工更清晰。
所述区块链中的数据区块大小是可配置的。所述边缘服务器中收集的是2秒时间内收集到的电表数据，通过多个数据帧的通信方式传输到所述区块链节点，具体传输方式如图12所示。所述区块链节点在上一个交易完成后，如果2秒内没有新的交易请求，所述区块链节点就会直接把这个交易打包成区块；否则，所述区块链节点将把2秒内的所有交易打包成同一个区块，并进行上链操作。具体每个交易的数据量大小是根据所述边缘服务器的数据处理能力进行配置，优选每个交易的数据容量为6kB；单个区块的容量是根据区块链的系统的存储能力来决定的，优选单个区块的数据容量为10MB。这样可以使所述边缘服务器的硬件兼容性更强，主频在400MHz及以上的ARM处理器均可以满足运行要求。
优选地，在S204步骤，所述边缘服务器在打包传输传感器采集的数据时，在各个传感器的数据中打上时间戳，用于追溯各传感器数据在上链前的传输和存储时间，实现各个传感器检测数据的全生命周期可追溯，进一步有效地防止传感器检测数据被恶意篡改。所述时间戳包括但不限于收到每个传感器数据的时间、传感器数据在边缘服务器中存储的时间，数据传输到区块链节点的时间和该边缘服务器的编号等。
实施例三，本实施例提供了基于区块链的数据上链系统；
基于区块链的数据上链系统，包括：边缘服务器和若干个区块链节点；
所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；
所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；
所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；
所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；
所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
可替换地，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器接收区块链节点发送的数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器将销毁成功通知发送给区块链节点；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
可替换地，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：所述边缘服务器向区块链节点发送数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器接收区块链节点的同意销毁指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；
所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；
所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；
所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；
所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
2.如权利要求1所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接，其中通信连接包括有线连接和无线连接。
3.如权利要求1所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器，包括：处理器，所述处理器分别与加密模块、电源电路、RS-232接口、RS-485接口、CAN接口、传感器无线接口、振荡电路、以太网接口、无线通讯接口、NANDFLASH和DDRAM内存。
4.如权利要求3所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述加密模块，包括：微处理器，所述微处理器与所述处理器连接，所述微处理器与加密芯片连接；
或者，
所述加密模块，包括：微处理器，所述微处理器内部设置至少一个加密软件包，所述微处理器与所述处理器连接。
5.如权利要求4所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述处理器与所述微处理器之间通过串行外设接口的方式进行连接，或者采用并行总线接口的方式进行连接。
6.如权利要求1所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器接收区块链节点发送的数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器将销毁成功通知发送给区块链节点；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
7.如权利要求1所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁；具体包括：
所述边缘服务器向区块链节点发送数据传输指令销毁请求；
所述边缘服务器接收区块链节点的同意销毁指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行销毁；
所述边缘服务器与所述区块链节点断开传输连接。
8.如权利要求1所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令，之后，是将数据传输指令存储到边缘服务器的内存中。
9.如权利要求1所述的基于区块链的边缘服务器，其特征是，所述边缘服务器与两个区块链节点通信连接；其中一个区块链节点负责向所述边缘服务器传输数据传输指令，另一个区块链节点负责接收所述边缘服务器发送的传感器数据和数据上链。
10.基于区块链的数据上链方法，其特征是，包括：
边缘服务器与至少一个区块链节点建立传输连接；
边缘服务器获取所述区块链节点传输过来的数据传输指令；
边缘服务器对数据传输指令进行解析；
边缘服务器根据解析结果，将传感器采集的数据分包、加密后传输给区块链节点；
区块链节点将接收到的数据进行解密、打包，并把数据上链；
边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
11.如权利要求10所述的基于区块链的数据上链方法，其特征是，所述边缘服务器在打包传输传感器采集的数据时，在所述数据中打上时间戳。
12.基于区块链的数据上链系统，其特征是，包括：边缘服务器和若干个区块链节点；
所述边缘服务器与至少一个区块链节点通信连接；
所述边缘服务器与所述区块链节点建立传输连接；
所述边缘服务器获取区块链节点传输过来的数据传输指令；
所述边缘服务器对数据传输指令进行解析；
所述边缘服务器根据解析结果，将数据传输给区块链节点；
所述边缘服务器在传输连接断开前，对数据传输指令进行销毁。
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2021
- 2021-12-31 CN CN202111673586.4A patent/CN114448677B/zh active Active
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