CN114499886A - 一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统；本发明传感器采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；区块链节点将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链；本发明利用智能合约发布融合模型，由区块链的各节点在本地执行数据融合算法过程中，将数据的特征、标识、结果等经签名发布上链，由区块链对计算结果进行背书，实现对数据融合的全过程监管，提高了多传感器数据融合过程中的可审计性、可追溯性和可信性。

Description

一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统
技术领域
本发明涉及多传感器融合技术领域，特别涉及一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统。
背景技术
随着2008年比特币白皮书的发布，区块链技术正式进入公众视野。区块链技术是一个集密码学、分布式、去中心化、共识等技术于一体的分布式账本技术。其先天具有抵御单点故障、防篡改、数据存储不可逆、数据可问责可审计、去信任等特点。继比特币、以太坊、超级账本的成功应用，区块链技术在物联网、多传感器融合、车联网、联邦学习等工业或产业领域也深受欢迎。多传感器融合技术是利用数据融合算法将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程。多传感器融合技术可明显提高系统的冗余度和容错性，从而保证上层数据模型决策的快速性、正确性和有效性。
在现有的多传感器融合体系结构中，分为集中式、分布式和混合式。集中式，是多传感器将源数据都发送到一个中心化数据融合中心进行融合处理；分布式是指传感器在上传数据之前先对收集到的源数据进行局部处理，再将结果送入数据融合中心；混合式是指部分传感器对源数据局部处理，将处理后的结果传输至数据融合中心，而另一部分传感器采用集中式的机制，直接将源数据传输至数据融合中心。通过对不同多传感器融合体系结构的分析可知，上述三种多传感器融合的体系结构，都存在严重的单点故障问题，同时中心化的数据融合中心存在数据及融合模型被篡改、环境不可信、难溯源、难审计、难监管的问题。
目前，在保证传感器源数据可溯源、易监管、不可伪造的问题上，多数学者提出使用区块链技术对传感器数据背书，保证数据的一致性和可追溯性。例如，传感器在收集完数据后，对数据进行签名，然后将源数据传输到区块链节点上，区块链上的节点通过重新计算数据哈希，并使用公钥验证签名，如果哈希结果一致，则数据在传输过程中没有被篡改，否则，认为数据在传输过程中被篡改。
多传感器融合全过程主要包括，源数据收集、数据预处理、特征提取与选择、自动分类识别、数据处理、数据对准与关联，分类与决策等。在现有基于区块链的安全传感器技术方案中，传感器收集到的源数据经过签名写入区块链，仅解决了数据源的传输安全性和一致性问题，在整个数据融合的过程中，源数据预处理、特征处理、目标分类等都是由中心化数据融合服务器中完成的，多传感器融合全过程仍然是不透明的，依旧存在难监管、难追溯、不可信的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，提高了区块链上多传感器数据融合过程中的可审计性、可追溯性和可信性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，包括步骤：
S1、传感器采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
S2、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，包括传感器以及区块链节点，所述传感器包括第一处理器、第一存储器以及存储在所述第一存储器中并可在所述第一处理器上运行的第一计算机程序，所述区块链节点包括第二处理器、第二存储器以及存储在所述第二存储器中并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：
S1、采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：
S2、将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
本发明的有益效果在于：本发明的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，在现有基于区块链的传感器安全传输方案的基础上，对区块链多传感器融合技术进行优化，提出一种区块链在多传感器融合技术上的应用架构模型，利用智能合约发布融合模型，由区块链的各节点在本地执行数据融合算法过程中，将数据的特征、标识、结果等经签名发布上链，由区块链对计算结果进行背书，实现对数据融合的全过程监管，提高了多传感器数据融合过程中的可审计性、可追溯性和可信性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统的结构图；
图3为本发明实施例的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法的架构示意图；
标号说明：
1、一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统；2、处理器；3、存储器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1以及图3，一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，包括步骤：
S1、传感器采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
S2、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，在现有基于区块链的传感器安全传输方案的基础上，对区块链多传感器融合技术进行优化，提出一种区块链在多传感器融合技术上的应用架构模型，利用智能合约发布融合模型，由区块链的各节点在本地执行数据融合算法过程中，将数据的特征、标识、结果等经签名发布上链，由区块链对计算结果进行背书，实现对数据融合的全过程监管，提高了多传感器数据融合过程中的可审计性、可追溯性和可信性。
进一步地，所述步骤S1之前还包括步骤：
S01、传感器和边缘节点向区块链进行注册和认证，并接收区块链分发的公私钥以及证书；
所述步骤S1具体为：
传感器采集得到第一数据，根据所述私钥计算所述第一数据的数字签名，将数字签名和第一数据发送至边缘节点，由边缘节点根据双线性映射对所述数字签名进行验证，并在验证通过后将所述第一数据上传至区块链。
由上述描述可知，传感器在采集第一数据后，需要计算第一数据的数字签名后上传至边缘节点，使得边缘节点能够通过验证数字签名来确定数据的可信，提高数据传输的安全性。
进一步地，所述数字签名sign1的计算公式为：
sign1＝h(data)sk；
所述根据双线性映射对所述数字签名进行验证具体为：
计算e(sign,P)和e(h(data),pk)的值并进行比较，若两值相等则所述数字签名合法，验证通过，否则所述数字签名不合法，验证失败；
其中，data表示第一数据，h(x)表示哈希函数，sk表示私钥，e(x)表示双线性映射，P为双线性映射的生成元。
由上述描述可知，通过双线性映射来实现对数字签名的验证，保证数字签名的合法性。
进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，创建分布式计算任务，并初始化数据融合模型，得到智能合约融合模型；
S22、区块链节点加载所述智能合约融合模型，通过所述智能合约融合模型对各个传感器所采集的所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并为融合过程中各个阶段的处理结果添加数字签名sign2：
sign2＝h(result)sk；
在添加签名后对融合过程中各个阶段的处理结果进行发布上链，由上层任务从区块链中获取融合结果进行下一步决策；
其中，result泛指融合过程中各个阶段的处理结果，h(x)表示哈希函数，sk表示所述私钥。
由上述描述可知，将数据融合模型载入到智能合约，由区块链来对第一数据进行提取、分类融合和决策，不需要使用数据融合中心，同时由区块链节点将融合各阶段的处理结果在计算数字签名后上链，保证数据的可信和可溯源。
进一步地，所述公私钥由区块链根据BLS短签名技术生成。
由上述描述可知，通过BLS短签名技术来生成公私钥作为本发明的一种具体实施例。
请参照图2，一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，包括传感器以及区块链节点，所述传感器包括第一处理器、第一存储器以及存储在所述第一存储器中并可在所述第一处理器上运行的第一计算机程序，所述区块链节点包括第二处理器、第二存储器以及存储在所述第二存储器中并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：
S1、采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：
S2、将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，在现有基于区块链的传感器安全传输方案的基础上，对区块链多传感器融合技术进行优化，提出一种区块链在多传感器融合技术上的应用架构模型，利用智能合约发布融合模型，由区块链的各节点在本地执行数据融合算法过程中，将数据的特征、标识、结果等经签名发布上链，由区块链对计算结果进行背书，实现对数据融合的全过程监管，提高了多传感器数据融合过程中的可审计性、可追溯性和可信性。
进一步地，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时在所述步骤S1之前还包括步骤：
S01、向区块链进行注册和认证，并接收区块链分发的公私钥以及证书；
所述步骤S1具体为：
采集得到第一数据，根据所述私钥计算所述第一数据的数字签名，将数字签名和第一数据发送至边缘节点，由边缘节点根据双线性映射对所述数字签名进行验证，并在验证通过后将所述第一数据上传至区块链。
由上述描述可知，传感器在采集第一数据后，需要计算第一数据的数字签名后上传至边缘节点，使得边缘节点能够通过验证数字签名来确定数据的可信，提高数据传输的安全性。
进一步地，所述数字签名sign1的计算公式为：
sign1＝h(data)sk；
所述根据双线性映射对所述数字签名进行验证具体为：
计算e(sign,P)和e(h(data),pk)的值并进行比较，若两值相等则所述数字签名合法，验证通过，否则所述数字签名不合法，验证失败；
其中，data表示第一数据，h(x)表示哈希函数，sk表示私钥，e(x)表示双线性映射，P为双线性映射的生成元。
由上述描述可知，通过双线性映射来实现对数字签名的验证，保证数字签名的合法性。
进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、将数据融合模型载入智能合约，创建分布式计算任务，并初始化数据融合模型，得到智能合约融合模型；
S22、加载所述智能合约融合模型，通过所述智能合约融合模型对各个传感器所采集的所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并为融合过程中各个阶段的处理结果添加数字签名sign2：
sign2＝h(result)sk；
在添加签名后对融合过程中各个阶段的处理结果进行发布上链，由上层任务从区块链中获取融合结果进行下一步决策；
其中，result泛指融合过程中各个阶段的处理结果，h(x)表示哈希函数，sk表示所述私钥。
由上述描述可知，将数据融合模型载入到智能合约，由区块链来对第一数据进行提取、分类融合和决策，不需要使用数据融合中心，同时由区块链节点将融合各阶段的处理结果在计算数字签名后上链，保证数据的可信和可溯源。
进一步地，所述公私钥由区块链根据BLS短签名技术生成。
由上述描述可知，通过BLS短签名技术来生成公私钥作为本发明的一种具体实施例。
本发明的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，适用于基于区块链，且需要利用传感器采集数据，并对数据进行数据融合等步骤的应用场景。
请参照图1和图3，本发明的实施例一为：
一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，包括步骤：
S01、传感器和边缘节点向区块链进行注册和认证，并接收区块链分发的公私钥以及证书。
本实施例中，将采用的一组传感器设备记为D＝{D1,D2,…,Dn},Di∈D。一组边缘节点记为T＝{T1,T2,…,Tn},Ti∈T。区块链节点记为BN＝{BN1,BN2,…,BNn},BNi∈BN。采用BLS短签名技术来确保传感器数据传输安全，生成公私钥，私钥记为sk，公钥记为pk。已知双线性映射e:G1×G2＝GT，其中G1,G2,GT为乘法群，生成元为P。选择hash函数h:
Figure BDA0003505574940000081
本实施例中，传感器在区块链中注册和认证，各边缘节点也需要向区块链进行注册，区块链对各设备及节点进行认证后，发放公私钥，并颁发证书。
本实施例中，采用BLS短签名技术来生成公私钥。
S1、传感器采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
所述步骤S1具体为：
传感器采集得到第一数据，根据所述私钥计算所述第一数据的数字签名，将数字签名和第一数据发送至边缘节点，由边缘节点根据双线性映射对所述数字签名进行验证，并在验证通过后将所述第一数据上传至区块链。
所述数字签名sign1的计算公式为：
sign1＝h(data)sk；
所述根据双线性映射对所述数字签名进行验证具体为：
计算e(sign,P)和e(h(data),pk)的值并进行比较，若两值相等则所述数字签名合法，验证通过，否则所述数字签名不合法，验证失败；
其中，data表示第一数据，h(x)表示哈希函数，sk表示私钥，e(x)表示双线性映射，P为双线性映射的生成元。
本实施例中，传感器Di采集到第一数据data，使用Di的私钥对第一数据计算数字签名，记为：sign1＝h(data)sk。传感器将签名信息和数据原文进行拼接打包：s＝data||sign1，而后上传至数据采集终端即边缘节点。边缘节点接收到数据后，需要对数字签名进行验证，计算e(sign,P)和e(h(data),pk)的值并比较大小，若两值相等，则签名合法。如果合法，则将数据写入区块链，否则忽略该数据。
S2、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
所述步骤S2具体包括步骤：
S21、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，创建分布式计算任务，并初始化数据融合模型，得到智能合约融合模型；
S22、区块链节点加载所述智能合约融合模型，通过所述智能合约融合模型对各个传感器所采集的所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并为融合过程中各个阶段的处理结果添加数字签名sign2：
sign2＝h(result)sk；
在添加签名后对融合过程中各个阶段的处理结果进行发布上链，由上层任务从区块链中获取融合结果进行下一步决策；
其中，result泛指融合过程中各个阶段的处理结果，h(x)表示哈希函数，sk表示所述私钥。
本实施例中，我们将数据融合模型载入智能合约(Smart Contract)，并创建分布式计算任务，初始化数据融合模型，得到智能合约融合模型。
节点BNi加载智能合约融合模型，对多传感器搜集的数据进行提取特征、分类、融合、决策，并将融合过程的各阶段处理的结果添加数字签名sign2＝h(result)sk后写入区块链。上层任务从区块链中获取融合结果，来进行下一步决策。
请参照图2，本发明的实施例二为：
一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统1，包括传感器2以及区块链节点5，所述传感器包括第一处理器3、第一存储器4以及存储在所述第一存储器4中并可在所述第一处理器3上运行的第一计算机程序，所述区块链节点5包括第二处理器6、第二存储器7以及存储在所述第二存储器7中并可在所述第二处理器6上运行的第二计算机程序，所述第一处理器3执行所述第一计算机程序时实现以上实施例一中所述传感器2所执行的步骤，所述第二处理器6执行所述第二计算机程序时，实现以上实施例一中所述区块链节点5所执行的步骤。
本发明的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，其主要原理在于：利用智能合约发布融合模型，由区块链节点在本地执行数据融合算法，并将数据的特征、标识、结果等经签名发布上链，由区块链对计算结果进行背书，实现对数据融合的全过程监管。
综上所述，本发明提供的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法与系统，在现有基于区块链的传感器安全传输方案的基础上，对区块链多传感器融合技术进行优化，提出一种区块链在多传感器融合技术上的应用架构模型，利用智能合约发布融合模型，由区块链的各节点在本地执行数据融合算法过程中，将数据的特征、标识、结果等经签名发布上链，由区块链对计算结果进行背书，实现对数据融合的全过程监管，提高了多传感器数据融合过程中的可审计性、可追溯性和可信性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，其特征在于，包括步骤：
S1、传感器采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
S2、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
2.根据权利要求1所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤：
S01、传感器和边缘节点向区块链进行注册和认证，并接收区块链分发的公私钥以及证书；
所述步骤S1具体为：
传感器采集得到第一数据，根据所述私钥计算所述第一数据的数字签名，将数字签名和第一数据发送至边缘节点，由边缘节点根据双线性映射对所述数字签名进行验证，并在验证通过后将所述第一数据上传至区块链。
3.根据权利要求2所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，其特征在于，所述数字签名sign1的计算公式为：
sign1＝h(data)sk；
所述根据双线性映射对所述数字签名进行验证具体为：
计算e(sign,P)和e(h(data),pk)的值并进行比较，若两值相等则所述数字签名合法，验证通过，否则所述数字签名不合法，验证失败；
其中，data表示第一数据，h(x)表示哈希函数，sk表示私钥，e(x)表示双线性映射，P为双线性映射的生成元。
4.根据权利要求2所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、区块链节点将数据融合模型载入智能合约，创建分布式计算任务，并初始化数据融合模型，得到智能合约融合模型；
S22、区块链节点加载所述智能合约融合模型，通过所述智能合约融合模型对各个传感器所采集的所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并为融合过程中各个阶段的处理结果添加数字签名sign2：
sign2＝h(result)sk；
在添加签名后对融合过程中各个阶段的处理结果进行发布上链，由上层任务从区块链中获取融合结果进行下一步决策；
其中，result泛指融合过程中各个阶段的处理结果，h(x)表示哈希函数，sk表示所述私钥。
5.根据权利要求2所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用方法，其特征在于，所述公私钥由区块链根据BLS短签名技术生成。
6.一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，包括传感器以及区块链节点，所述传感器包括第一处理器、第一存储器以及存储在所述第一存储器中并可在所述第一处理器上运行的第一计算机程序，所述区块链节点包括第二处理器、第二存储器以及存储在所述第二存储器中并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，其特征在于，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：
S1、采集得到第一数据，将所述第一数据发送至边缘节点，并由边缘节点上传至区块链；
所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：
S2、将数据融合模型载入智能合约，得到并加载智能合约融合模型，对所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并将融合过程的各阶段结果在添加数字签名后发布上链。
7.根据权利要求6所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，其特征在于，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时在所述步骤S1之前还包括步骤：
S01、向区块链进行注册和认证，并接收区块链分发的公私钥以及证书；
所述步骤S1具体为：
采集得到第一数据，根据所述私钥计算所述第一数据的数字签名，将数字签名和第一数据发送至边缘节点，由边缘节点根据双线性映射对所述数字签名进行验证，并在验证通过后将所述第一数据上传至区块链。
8.根据权利要求7所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，其特征在于，所述数字签名sign1的计算公式为：
sign1＝h(data)sk；
所述根据双线性映射对所述数字签名进行验证具体为：
计算e(sign,P)和e(h(data),pk)的值并进行比较，若两值相等则所述数字签名合法，验证通过，否则所述数字签名不合法，验证失败；
其中，data表示第一数据，h(x)表示哈希函数，sk表示私钥，e(x)表示双线性映射，P为双线性映射的生成元。
9.根据权利要求7所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、将数据融合模型载入智能合约，创建分布式计算任务，并初始化数据融合模型，得到智能合约融合模型；
S22、加载所述智能合约融合模型，通过所述智能合约融合模型对各个传感器所采集的所述第一数据进行特征提取、分类、融合和决策，并为融合过程中各个阶段的处理结果添加数字签名sign2：
sign2＝h(result)sk；
在添加签名后对融合过程中各个阶段的处理结果进行发布上链，由上层任务从区块链中获取融合结果进行下一步决策；
其中，result泛指融合过程中各个阶段的处理结果，h(x)表示哈希函数，sk表示所述私钥。
10.根据权利要求7所述的一种区块链上多传感器融合技术的高可信应用系统，其特征在于，所述公私钥由区块链根据BLS短签名技术生成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113032979A (zh) * 2021-03-08 2021-06-25 西北工业大学 一种基于区块链的导弹贮存期健康管理系统
WO2021203733A1 (zh) * 2020-04-07 2021-10-14 江苏润和智融科技有限公司 电力边缘网关设备及基于该设备的传感数据上链存储方法

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