CN114465729A - 一种基于区块链技术的物联网数据管理方法及系统 - Google Patents

一种基于区块链技术的物联网数据管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的物联网数据管理方法及系统，包括：身份注册阶段，物联网设备、物联网服务器使用身份信息向区块链系统发起注册请求，由区块链系统将身份信息完成上链登记；数据上链转发阶段，物联网设备采用区块链私钥将采集的数据完成交易构造并签名，发送至区块链系统，由区块链对交易进行验签，将采集的数据和上链的哈希值加密后转发至物联网服务器；数据验证阶段，物联网服务器解密后得到数据以及链上的哈希值，通过哈希值从区块链上查询物联网设备身份，进行身份核实及数据真实性验证。本发明实现物联网数据的可信存证和确权验证，有效解决物联网数据管理过程中的数据确权、追溯、保护等问题，提升物联网数据管理能力。

Description

一种基于区块链技术的物联网数据管理方法及系统
技术领域
本发明属于计算机系统、物联网技术、区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链技术的物联网数据管理方法及系统。
背景技术
区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连，组合成一种链式数据结构，去中心化的存储于所有参与方，并通过密码学技术保证数据不可篡改、不可伪造、可追溯的分布式数据账本技术。通过应用区块链技术，能够保证信息的完整性和可靠性，可以有效解决信息交互过程中存在的信任和安全问题。
物联网发展至今已形成较大的规模，但普遍存在物联网设备与设备之间缺乏身份认证机制、网间协作信任成本较高、数据无法保证安全隐私等痛点，而使用区块链技术，基于其分布式计算和群体可信协作机制，为解决物联网面临的可拓展性、协作能力、信任关系与安全保护等方面的挑战提供了崭新的解决方案。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于区块链技术的物联网数据管理方法及系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，该方法包括：
身份注册阶段，物联网设备和物联网服务器使用设备ID、区块链密钥等身份信息向区块链系统发起注册请求，由区块链系统将物联网设备、物联网服务器身份信息完成上链登记；
数据上链转发阶段，物联网设备采用区块链私钥将采集的数据完成交易构造并签名，发送至区块链系统，由区块链系统对交易进行验签、身份校验并共识上链，随后将采集的数据和链上的哈希值加密后转发至物联网服务器；
数据验证阶段，物联网服务器解密后得到数据以及链上的哈希值，通过哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
进一步地，身份注册阶段中，所述的设备ID是物联网设备、物联网服务器的唯一身份标识，所述的区块链密钥是指通过可信执行环境生成的公私钥；所述的区块链系统由物联网服务器或物联网设备组建并运行。
进一步地，物联网设备、物联网服务器向区块链系统发起注册请求步骤包括：
(1)区块链系统已部署设备身份注册智能合约，合约里定义了包括设备ID、区块链公钥、注册时间等参数的注册方法；
(2)物联网设备、物联网服务器通过可信执行环境采用设备ID、区块链公钥、时间等参数构造智能合约注册交易并使用区块链私钥对交易进行签名，随后将签名后的交易以及自身区块链公钥发送至区块链系统；
(3)区块链系统收到后，首先用区块链公钥对交易进行验签，验签通过后调用智能合约的身份注册方法执行交易，完成物联网身份信息上链登记，同时将每一个设备ID及对应的区块链公钥维护到注册表中；
(4)区块链系统完成身份信息上链登记后，向物联网设备返回身份注册成功信息以及上链登记交易哈希，并向所有物联网设备及物联网服务器广播此次新注册设备的ID以及对应的区块链公钥；
(5)物联网设备及物联网服务器收到区块链系统返回的身份注册成功信息，并将接收到的设备ID及区块链公钥信息更新到自身路由表中。
进一步地，所述数据上链转发阶段的步骤包括：
(1)区块链系统已部署物联网数据上链登记智能合约，合约里定义了包括设备ID、数据详情、数据的哈希值、登记时间等参数的注册方法；
(2)物联网设备将采集的数据计算出哈希值，通过可信执行环境采用设备ID、数据详情、数据的哈希值、登记时间等参数构造智能合约上链登记交易，对于非结构化的物联网数据可只传数据的哈希值，随后使用区块链私钥对交易进行签名，随后将签名后的交易发送至区块链系统；
(3)区块链系统收到后，首先用注册表中物联网设备ID对应的区块链公钥对交易进行验签，验签通过后调用智能合约的上链登记方法执行交易，完成物联网数据上链登记，并向物联网设备返回上链成功信息及上链哈希；
(4)物联网设备收到上链成功信息以及上链哈希后，从路由表中选取需要转发数据的物联网服务器，使用该物联网服务器的区块链公钥将采集的数据和哈希值一同加密后转发至指定物联网服务器。
进一步地，所述数据验证阶段的步骤包括：
(1)物联网服务器使用自身区块链私钥将物联网设备发来的数据进行解密后得到物联网设备采集的数据以及上链登记的哈希值；
(2)物联网服务器使用哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份信息，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
本发明还提供了一种基于区块链技术的物联网数据管理方法的系统，该系统包括：身份注册模块、数据上链转发模块和数据验证模块；
所述身份注册模块用于物联网设备和物联网服务器使用设备ID、区块链密钥等身份信息向区块链系统发起注册请求，并由区块链系统将物联网设备、物联网服务器身份信息完成上链登记；
所述数据上链转发模块用于物联网设备采用区块链私钥将采集的数据完成交易构造并签名后，发送至区块链系统，并由区块链系统对交易进行验签、身份校验并共识上链，随后将采集的数据和链上的哈希值加密后转发至物联网服务器；
所述数据验证模块用于物联网服务器解密后得到数据以及链上的哈希值后，通过哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
本发明还提供了一种设备，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行一种基于区块链技术的物联网数据管理方法。
本发明还提供了一种计算机可读的存储介质，用于存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序包括程序代码，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行一种基于区块链技术的物联网数据管理方法。
本发明的有益效果：本发明通过应用区块链技术，实现物联网数据的可信存证和确权验证，有效解决物联网数据管理过程中的数据确权、追溯、隐私保护等问题，提升物联网数据管理能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例之一的物联网设备、服务器身份注册流程示意图；
图2为本发明实施例之一的物联网设备进行数据上链及转发流程示意图；
图3为本发明实施例之一的物联网数据验证流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解，此处描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，首先进行物联网设备、服务器身份注册，具体过程流程如图1所示，包括：
区块链系统部署身份注册智能合约，合约里定义了包括设备ID、区块链公钥、注册时间等参数的注册方法；
物联网设备、物联网服务器通过可信执行环境采用设备ID、区块链公钥、时间等参数构造智能合约注册交易并使用区块链私钥对交易进行签名，随后将签名后的交易以及自身区块链公钥发送至区块链系统；
区块链系统收到后，首先对交易进行交易格式检查，并采用该设备的区块链公钥对交易进行签名验签；
验签通过后调用智能合约的身份注册方法执行交易，由区块链系统达成所有节点共识后完成物联网身份信息上链登记；
区块链系统将每一个设备ID及对应的区块链公钥维护到注册表中；
区块链系统向物联网设备返回身份注册成功信息以及上链登记交易哈希，并向所有物联网设备及物联网服务器广播此次新注册设备的ID以及对应的区块链公钥；
物联网设备及物联网服务器收到区块链系统返回的身份注册成功信息，并将接收到的设备ID及区块链公钥信息更新到自身路由表中。
当完成身份注册后，物联网设备执行数据上链和转发，流程如图2所示，包括：
区块链系统已部署物联网数据上链登记智能合约，合约里定义了包括设备ID、数据详情、数据的哈希值、登记时间等参数的注册方法；
物联网设备完成数据采集后，将采集的数据计算出哈希值，通过可信执行环境采用设备ID、数据详情、数据的哈希值、登记时间等参数构造智能合约上链登记交易，对于非结构化的物联网数据可只传数据的哈希值，随后使用区块链私钥对交易进行签名，随后将签名后的交易发送至区块链系统；
区块链系统收到后，首先对交易进行交易格式检查，并采用注册表中该物联网设备ID对应的区块链公钥对交易进行验签；
验签通过后调用智能合约的上链登记方法执行交易，由区块链系统达成所有节点共识后完成物联网数据上链登记；
区块链系统向物联网设备返回上链交易成功信息及链上的交易哈希；
物联网设备收到上链成功信息以及上链哈希后，先进性交易哈希保存，从路由表中选取需要转发数据的物联网服务器，使用该物联网服务器的区块链公钥将采集的数据和hash值一同加密后转发至指定物联网服务器。
当物联网服务器接收到物联网设备采集的数据后进行数据校验，流程如图3所示，包括：
物联网服务器接收到物联网数据；
物联网服务器使用自身区块链私钥将物联网设备发来的数据进行解密后得到物联网设备采集的数据以及上链登记的哈希值；
物联网服务器使用哈希值向区块链系统发起查询交易；
区块链系统调用哈希查询方法查询得到链上的数据及物联网采集设备的身份信息；
区块链系统向物联网服务器返回链上数据；
物联网服务器使用区块链上查询得到的数据进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
另一方面，本发明还提供了一种基于区块链技术的物联网数据管理系统，该系统包括：身份注册模块、数据上链转发模块和数据验证模块；
所述身份注册模块用于物联网设备和物联网服务器使用设备ID、区块链密钥等身份信息向区块链系统发起注册请求，并由区块链系统将物联网设备、物联网服务器身份信息完成上链登记；
所述数据上链转发模块用于物联网设备采用区块链私钥将采集的数据完成交易构造并签名后，发送至区块链系统，并由区块链系统对交易进行验签、身份校验并共识上链，随后将采集的数据和链上的哈希值加密后转发至物联网服务器；
所述数据验证模块用于物联网服务器解密后得到数据以及链上的哈希值后，通过哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
身份注册模块、数据上链转发模块和数据验证模块的具体实现过程参考物联网数据管理方法的实现步骤。
特别地，根据本发明公开的实施例，上述任一实施例描述的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行一种基于区块链技术的物联网数据管理方法的程序代码。
作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的系统中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法、一种基于区块链技术的物联网数据管理系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书一个或多个实施例，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，其特征在于，该方法包括：
身份注册阶段，物联网设备和物联网服务器使用唯一ID标识、区块链密钥身份信息向区块链系统发起注册请求，由区块链系统将物联网设备、物联网服务器身份信息完成上链登记；
数据上链转发阶段，物联网设备采用区块链私钥将采集的数据完成交易构造并签名，发送至区块链系统，由区块链系统对交易进行验签、身份校验并共识上链，随后将采集的数据和链上的哈希值加密后转发至物联网服务器；
数据验证阶段，物联网服务器解密后得到数据以及链上的哈希值，通过哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，其特征在于，身份注册阶段中，所述的唯一ID标识是物联网设备、物联网服务器的唯一身份标识，所述的区块链密钥是指通过可信执行环境生成的公私钥；所述的区块链系统由物联网服务器或物联网设备组建并运行。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，其特征在于，物联网设备、物联网服务器向区块链系统发起注册请求步骤包括：
(1)区块链系统已部署设备身份注册智能合约，合约里定义了包括设备ID、区块链公钥、注册时间等参数的注册方法；
(2)物联网设备、物联网服务器通过可信执行环境采用设备ID、区块链公钥、时间等参数构造智能合约注册交易并使用区块链私钥对交易进行签名，随后将签名后的交易以及自身区块链公钥发送至区块链系统；
(3)区块链系统收到后，首先用区块链公钥对交易进行验签，验签通过后调用智能合约的身份注册方法执行交易，完成物联网身份信息上链登记，同时将每一个设备ID及对应的区块链公钥维护到注册表中；
(4)区块链系统完成身份信息上链登记后，向物联网设备返回身份注册成功信息以及上链登记交易哈希，并向所有物联网设备及物联网服务器广播此次新注册设备的ID以及对应的区块链公钥；
(5)物联网设备及物联网服务器收到区块链系统返回的身份注册成功信息，并将接收到的设备ID及区块链公钥信息更新到自身路由表中。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，其特征在于，所述数据上链转发阶段的步骤包括：
(1)区块链系统已部署物联网数据上链登记智能合约，合约里定义了包括设备ID、数据详情、数据的哈希值、登记时间等参数的注册方法；
(2)物联网设备将采集的数据计算出哈希值，通过可信执行环境采用设备ID、数据详情、数据的哈希值、登记时间等参数构造智能合约上链登记交易，对于非结构化的物联网数据可只传数据的哈希值，随后使用区块链私钥对交易进行签名，随后将签名后的交易发送至区块链系统；
(3)区块链系统收到后，首先用注册表中物联网设备ID对应的区块链公钥对交易进行验签，验签通过后调用智能合约的上链登记方法执行交易，完成物联网数据上链登记，并向物联网设备返回上链成功信息及上链哈希；
(4)物联网设备收到上链成功信息以及上链哈希后，从路由表中选取需要转发数据的物联网服务器，使用该物联网服务器的区块链公钥将采集的数据和哈希值一同加密后转发至指定物联网服务器。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的物联网数据管理方法，其特征在于，所述数据验证阶段的步骤包括：
(1)物联网服务器使用自身区块链私钥将物联网设备发来的数据进行解密后得到物联网设备采集的数据以及上链登记的哈希值；
(2)物联网服务器使用哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份信息，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
6.一种实现权利要求1-5任一项所述的物联网数据管理方法的系统，其特征在于，该系统包括：身份注册模块、数据上链转发模块和数据验证模块；
所述身份注册模块用于物联网设备和物联网服务器使用唯一ID标识、区块链密钥等身份信息向区块链系统发起注册请求，并由区块链系统将物联网设备、物联网服务器身份信息完成上链登记；
所述数据上链转发模块用于物联网设备采用区块链私钥将采集的数据完成交易构造并签名后，发送至区块链系统，并由区块链系统对交易进行验签、身份校验并共识上链，随后将采集的数据和链上的哈希值加密后转发至物联网服务器；
所述数据验证模块用于物联网服务器解密后得到数据以及链上的哈希值后，通过哈希值从区块链上查询得到链上的数据及物联网设备的身份，进一步与收到的数据进行身份核实及数据的真实性验证。
7.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读的存储介质，用于存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序包括程序代码，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行上述权利要求1-5任一项所述的基于区块链技术的物联网数据管理方法。
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