CN115174385A - 一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法 - Google Patents

一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物联网安全技术领域，具体涉及一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，包括分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，并将更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链；目标终端将自身状态与更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当更新结果为更新时，判断目标终端更新后对同类设备的状态影响，得到最终更新结果，当最终更新结果为更新时，对目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和更新终端对应的生命周期区块链；设备管理者基于生命周期区块链对更新终端进行管理，解决了现有的更新方法没有对物联网设备固件的生命周期进行跟踪记录的问题。

Description

一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法
技术领域
本发明涉及物联网安全技术领域，尤其涉及一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法。
背景技术
工业物联网设备的软件和固件更新是其生命周期重要的组成部分，尤其是固件和软件的安全补丁、安全配置项是物联网安全的第一道防线。现有的物联网设备采用传统的客户端/服务器模式来分发更新。这些服务器可能受服务提供商或其它第三方服务商托管，存在因中心化服务器失效而导致的更新服务和数据消失问题。
目前，现有技术公开了一种基于区块链与分布式存储的物联网设备固件更新方法及系统，采用了IPFS分布式存储来解决单点服务器的问题，但没有对物联网设备固件的生命周期进行跟踪记录，无法获悉并管理物联网设备的更新状态，在大量物联网设备在网的情况下无法有效管理设备状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，旨在解决现有的更新方法没有对物联网设备固件的生命周期进行跟踪记录的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，包括以下步骤：
S1分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，认证通过，执行步骤S2；
S2对所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链；
S3所述目标终端将自身状态与所述更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当所述更新结果为更新时，执行步骤S4；
S4判断所述目标终端更新后对同类设备的状态影响，得到最终更新结果，当所述最终更新结果为更新时，执行步骤S5；
S5对所述目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和所述更新终端对应的生命周期区块链；
S6所述设备管理者基于所述生命周期区块链对所述更新终端进行管理。
其中，所述分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，认证通过，将所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据提交到所述区块链的具体方式为：
S11首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端分别通过自身安全模块生成私钥并派生公钥，并将所述私钥作为身份ID，分别得到设备供应商身份ID、设备管理者身份ID和目标终端身份ID；
S12所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端分别通过所述设备供应商身份ID、所述设备管理者身份ID和所述目标终端身份ID向证书颁发机构请求注册，并在注册通过后执行步骤S13；
S13将所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据提交到所述区块链。
其中，所述对所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链的具体方式为：
S21检查所述目标终端的版本号的合法性，检查通过执行步骤S22；
S22检查所述目标终端是否属于所述设备供应商和所述设备管理者，检查通过执行步骤S23；
S23判断所述目标终端的更新类型，如所述目标终端的更新类型为软件或固件，则调用恶意代码检测服务对所述目标终端进行扫描检查，检查通过，执行步骤S24；如所述目标终端的更新类型不为软件或固件，直接执行S24；
S24将所述更新数据提交到所述区块链，得到更新信息区块链。
其中，所述目标终端将自身状态与所述更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当所述更新结果为更新时，执行步骤S4的具体方式为：
S31所述目标终端根据对应信息生成自身状态；
S32使用所述自身状态在所述更新信息区块链上进行查询，得到对比数据；
S33将所述自身状态与所述对比数据进行对比，如所述对比数据的版本号大于所述自身状态的版本号，则需要更新，执行步骤S4。
其中，所述对所述目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和所述更新终端对应的生命周期区块链的具体方式为：
S51对所述目标终端进行固件更新，得到更新终端；
S52利用所述更新信息区块链获取所述更新终端的更新签名在所述更新信息区块链上下载的指定更新内容；
S53所述更新终端基于所述更新内容进行软件更新，并记录更新状态和更新开销；
S54更新完成后向生命周期区块链写入所述更新状态，得到生命周期区块链。
本发明的一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，通过分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，认证通过，对所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链；所述目标终端将自身状态与所述更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当所述更新结果为更新时，判断所述目标终端更新后对同类设备的状态影响，得到最终更新结果，当所述最终更新结果为更新时，对所述目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和所述更新终端对应的生命周期区块链；所述设备管理者基于所述生命周期区块链对所述更新终端进行管理，解决了现有的更新方法没有对物联网设备固件的生命周期进行跟踪记录的问题。
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，下面描述中的附图仅仅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是本发明提供的一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法。
图2是本发明提供的一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法的原理图。
图3是更新数据上传原理图。
图4是目标终端更新原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图4，本发明提供一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，包括以下步骤：
S1分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，认证通过，执行步骤S2；
具体方式为：
S11首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端分别通过自身安全模块生成私钥并派生公钥，并将所述私钥作为身份ID，分别得到设备供应商身份ID、设备管理者身份ID和目标终端身份ID；
具体的，为了整体的效率和安全性，区块链采用联盟区块链技术。
S12所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端分别通过所述设备供应商身份ID、所述设备管理者身份ID和所述目标终端身份ID向证书颁发机构请求注册，并在注册通过后执行步骤S13；
具体的，通过证书颁发机构(CA)实现节点准入控制。设备供应商、设备管理者或目标终端通过自身安全模块生成并安全地存储公钥和私钥，并将私钥用作身份ID，该ID具有唯一性。设备通过唯一身份ID向CA请求注册，注册通过后即可访问区块链。同时维护终端设备唯一ID与组ID的对应关系，同组ID表示设备属于同一类型。
S13将所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据提交到所述区块链。
S2对所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链；
具体方式为：
S21检查所述目标终端的版本号的合法性，检查通过执行步骤S22；
具体的，检查版本号的合法性，保证版本号严格递增。
S22检查所述目标终端是否属于所述设备供应商和所述设备管理者，检查通过执行步骤S23；
S23判断所述目标终端的更新类型，如所述目标终端的更新类型为软件或固件，则调用恶意代码检测服务对所述目标终端进行扫描检查，检查通过，执行步骤S24；如所述目标终端的更新类型不为软件或固件，直接执行S24；
S24将所述更新数据提交到所述区块链，得到更新信息区块链。
具体的，将更新签名上传到更新数据区块链中，更新签名v←[CID]||GID||SID||T||Ver||Chk，其中CID为目标设备唯一ID，SID为更新提交者唯一ID，T为更新类型，Ver为更新版本号，Chk为更新校验信息,GID表示设备所属组ID。其中CID为可选参数，若CID存在表示当前更新针对具体设备，否则为同种设备均需要更新。
S3所述目标终端将自身状态与所述更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当所述更新结果为更新时，执行步骤S4；
具体方式为：
S31所述目标终端根据对应信息生成自身状态v'；
S32使用所述自身状态在所述更新信息区块链上进行查询，得到对比数据；
S33将所述自身状态与所述对比数据进行对比，如所述对比数据的版本号大于所述自身状态的版本号，则需要更新，执行步骤S4。
具体的，若同一CID对应的链上版本号大于目标设备当前版本号，或同一GID对应的链上版本号大于目标设备当前版本号，说明需要进行更新。
S4判断所述目标终端更新后对同类设备的状态影响，得到最终更新结果，当所述最终更新结果为更新时，执行步骤S5；
具体的，生命周期数据区块链上的生命周期管理智能合约会以设定的时间周期、区块链长度为信号执行或手动指定执行，根据链上由物联网终端提交的更新结果和设备状态生成
Figure BDA0003695554220000051
其中St表示更新状态，1为成功0为失败，ASt表示被统计的终端设备总数，t表示更新开销，Avg(t)为更新开销的几何平均值。
设备在生命周期数据区块链上查询与自身相同GID的开销数据，若未查询到数据则默认执行更新，若查询到数据则根据预设或指定的阈值决定是否执行更新动作。
S5对所述目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和所述更新终端对应的生命周期区块链；
具体方式为：
S51对所述目标终端进行固件更新，得到更新终端；
S52利用所述更新信息区块链获取所述更新终端的更新签名在所述更新信息区块链上下载的指定更新内容；
S53所述更新终端基于所述更新内容进行软件更新，并记录更新状态和更新开销；
S54更新完成后向生命周期区块链写入所述更新状态，得到生命周期区块链。
具体的，更新完成后向生命周期区块链写入终端设备更新状态Si＝CID||GID||T||Ver||St||t，其中更新成功时St取值1，更新失败时St取值0。
S6所述设备管理者基于所述生命周期区块链对所述更新终端进行管理。
具体的，设备管理者可以检索生命周期数据区块链以掌握所有终端设备的运行状态、设备软件、固件及配置的版本信息，并能以此做进一步的管理。
下面描述本发明的实施例，为了方便理解，本实施例假设建立在由一个证书颁发机构CA、一个设备制造商M1、一个设备管理者M2、两组工业物联网设备G1和G2其中G1包括终端设备X1、X2，X3,G2包括终端设备Y1、Y2。
步骤1：M1、M2、X1、X2、X3、Y1、Y2会向CA提交注册申请，CA审核通过后会向各节点分发证书进行区块链准入授权。其中设备制造商、设备管理者和其它辅助节点会构成更新信息区块链、更新数据区块链、生命周期数据区块链的主要存储节点，而终端设备则作为轻量级客户端节点加入到区块链的共识中。
步骤2：M1针对G1组中的设备发布了一个固件更新，版本号为2，前序版本号为1。数据更新智能合约对上传的更新信息和数据进行校验，验证M1与G1的对应关系，验证版本号是否遵循严格递增、更新类型为固件类型，调用恶意代码检测程序对固件更新数据进行检测，恶意代码检测程序会返回软件包含恶意代码可能的百分比，若小于阈值则数据更新智能合约向更新元数据中填充数据上传者信息和上传时间戳，并将更新数据提交到更新数据区块链。
步骤3：终端设备X2定期或手动触发更新检查，通过更新信息区块链检索到同组G1发布的最新固件版本号大于自身版本号，确定存在更新数据需要应用。
步骤4：生命周期智能合约在生命周期区块链上检测到X1、X2设备提交的针对固件版本2的更新状态信息。智能合约被周期性触发或手动触发执行，根据目前已有信息计算针对该固件的更新成功率和更新开销均值。
步骤5：终端设备X3向生命周期区块链查询到针对该固件的前序设备更新信息，更新成功率和开销符合预期，则向更新数据区块链请求固件更新数据，并应用更新。
步骤6：终端设备X3更新完成，向生命周期提交设备当前状态和更新状态。
以上所揭露的仅为本发明一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，认证通过，执行步骤S2；
S2对所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链；
S3所述目标终端将自身状态与所述更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当所述更新结果为更新时，执行步骤S4；
S4判断所述目标终端更新后对同类设备的状态影响，得到最终更新结果，当所述最终更新结果为更新时，执行步骤S5；
S5对所述目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和所述更新终端对应的生命周期区块链；
S6所述设备管理者基于所述生命周期区块链对所述更新终端进行管理。
2.如权利要求1所述的基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，其特征在于，
所述分别对首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端进行身份认证，认证通过，将所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据提交到所述区块链的具体方式为：
S11首次加入区块链的设备供应商、设备管理者和目标终端分别通过自身安全模块生成私钥并派生公钥，并将所述私钥作为身份ID，分别得到设备供应商身份ID、设备管理者身份ID和目标终端身份ID；
S12所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端分别通过所述设备供应商身份ID、所述设备管理者身份ID和所述目标终端身份ID向证书颁发机构请求注册，并在注册通过后执行步骤S13；
S13将所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据提交到所述区块链。
3.如权利要求2所述的基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，其特征在于，
所述对所述设备供应商、所述设备管理者和所述目标终端的更新数据进行处理后上传到区块链，得到更新信息区块链的具体方式为：
S21检查所述目标终端的版本号的合法性，检查通过执行步骤S22；
S22检查所述目标终端是否属于所述设备供应商和所述设备管理者，检查通过执行步骤S23；
S23判断所述目标终端的更新类型，如所述目标终端的更新类型为软件或固件，则调用恶意代码检测服务对所述目标终端进行扫描检查，检查通过，执行步骤S24；如所述目标终端的更新类型不为软件或固件，直接执行S24；
S24将所述更新数据提交到所述区块链，得到更新信息区块链。
4.如权利要求3所述的基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，其特征在于，
所述目标终端将自身状态与所述更新信息区块链进行对比，得到更新结果，当所述更新结果为更新时，执行步骤S4的具体方式为：
S31所述目标终端根据对应信息生成自身状态；
S32使用所述自身状态在所述更新信息区块链上进行查询，得到对比数据；
S33将所述自身状态与所述对比数据进行对比，如所述对比数据的版本号大于所述自身状态的版本号，则需要更新，执行步骤S4。
5.如权利要求4所述的基于区块链的工业物联网设备固件软件更新方法，其特征在于，
所述对所述目标终端进行固件软件更新，得到更新终端和所述更新终端对应的生命周期区块链的具体方式为：
S51对所述目标终端进行固件更新，得到更新终端；
S52利用所述更新信息区块链获取所述更新终端的更新签名在所述更新信息区块链上下载的指定更新内容；
S53所述更新终端基于所述更新内容进行软件更新，并记录更新状态和更新开销；
S54更新完成后向生命周期区块链写入所述更新状态，得到生命周期区块链。
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