CN115297009A - 一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，包括如下步骤：步骤一、构建异常节点预测模型；步骤二、构建分布式网络区块链IP数据库；步骤三、通过构建的异常节点预测模型预测故障区块，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。本发明一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法通过构建异常节点预测模型获得组网内各节点未来发生异常概率，从而为当前区块包含的网络节点数据一致性的策略进行优化调整；构建分布式网络区块链IP数据库，IP链生成之前先经过弱对抗测试和强对抗验证并生成有效链IP，保存在地方区块链IP数据库；构建容忍度模型并预测故障区块，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。

Description

一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法

技术领域

本发明属于超大型组网分布式网络结构中网络监督技术领域。

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，信息网络已经成为社会发展的重要保证。未来，数字货币流通体系的建立，还有助于我国建设全新的金融础设施，进一步完善我国金融体系，提升支付清算效率，推动经济提质增效升级。文献1(申请号为201911262800)提供一种分布式方式存储数据的区块链链上的标记方法及系统。所述分布式方式存储数据的区块链链上的标记方法及系统包括以下步骤：S1：访问区块链数据库，选定需要标记的区块链数据；S2：将所述区块链数据碎片化成多个单独的数据包；S3：将所述数据包标记一个hash值，形成一张hash值表，通过离散hash值和整体hash值同时标记在区块链的交易系统及区块里，通过回溯区块或者交易审查及时间戳验证来标记本数据的所有权；S4：通过hash值检索完成数据的取回，用hash值离散做数据的存储。本发明提供的分布式方式存储数据的区块链链上的标记方法及系统可以保障安全和所有权的同时可以安全快速的找到数据处理数据，也可以通过此标记来授权他人访问或授权处理。文献2(申请号为201880049013)描述了一种在区块链网络中实现的计算机实现的方法。验证节点接收关于包括多个交易的新挖掘的区块的数据，并向分布式存储池发送删除请求，以从所述分布式存储池中删除所述多个交易。存储所述分布式存储池的节点存储多个交易，所述多个交易形成等待挖掘到区块链的区块中的交易的分布式存储池的至少一部分。所述计算机实现的方法还包括接收来自所述区块链网络的验证节点的删除请求，所述删除请求识别已经包括在新挖掘的区块中的一个或多个交易，所述删除请求表明所述一个或多个交易应从所述分布式存储池中删除。什么是区块链？从科技层面来看，区块链涉及数学、密码学、互联网和计算机编程等很多科学技术问题。从应用视角来看，简单来说，区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。这些特点保证了区块链的“诚实”与“透明”，为区块链创造信任奠定基础。而区块链丰富的应用场景，基本上都基于区块链能够解决信息不对称问题，实现多个主体之间的协作信任与一致行动。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。区块链技术大幅降低了运维的成本，为系统的高效运转奠定了良好的基础；区块链网络具有抗风险性，因为不再依赖中心化机构，而如果攻击区块链网络，需要同时覆盖51％以上的网络节点才可能取得成功，在区块链应用己经全球的背景下，这样的攻击很难实施。

现有的机房网络业务规模大，应用关系复杂，依赖层次多，排查问题困难且传统机房网络缺乏可靠的监督机制，信息的传递难以证明真伪，以上问题制约着区块链技术的应用，亟需进行解决。

发明内容

本发明为解决背景技术中提及的技术问题，提出一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，包括如下步骤：

步骤一、构建异常节点预测模型；

步骤二、构建分布式网络区块链IP数据库；

步骤三、通过构建的异常节点预测模型预测故障区块，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。

进一步地，步骤一具体为：

步骤1.1，访问组网内中央服务器部署的网络拓扑数据库，获取组网内所有网络节点；

步骤1.2，通过执行rping程序获取相邻的网络节点的平均延迟，并将网络品质标识Flag存储到网络拓扑数据库；

步骤1.3，构建异常节点预测模型对组网内网络节点进行异常预测；

步骤1.4，获得组网内各节点未来发生异常概率，从而为当前区块包含的网络节点数据一致性的策略进行优化调整通过科学依据。

进一步地，步骤二具体为：

通过IP链生成程序执行生成基于区块的IP链，生成前进行弱对抗验证，生成后进行强对抗验证；如果有重复则终止IP链生成；没有重复完IP链成生成操作后保存在地方区块链IP数据库。

进一步地，步骤二具体为：步骤二中IP链生成程序：判断是否加入自定义标识。

步骤2.1，进行强弱对抗测试：将节点IP放入中央区块链IP数据库进行数据弱对抗，即是否有重复的IP；如果没有重复，则通过IP链生成程序中的python语言的hashlib库的sha256()函数计算SHA-256的二进制字符串哈希值，哈希值访问地方区块链IP数据库进行查询重复完成哈希值的强抗碰撞性测试；

步骤2.2，对原始明文的节点IP地址进行先补位再补长度；SHA-256必须对源数据进行补位，目的是使得其长度在对512取模以后得余数是448，进行补位第一步先在末位补一个1，第二步在后面补足一串0，使得补位后的数据满足长度在对512取模以后得到余数是448的必要条件完成补位，补长度并分块操作：将原始数据对应的二进制数据的长度放到已经进行了补位的数据后面，并转为十六进制，如果原始数据二进制长度超过512，补长度后数据超过512的倍数，则按512bits分块，没超过512按现有长度分块；

步骤2.3，将每一个512bits分成8个64位二进制并提取每个二进制32bits，连接起来即256bits长的Hash值数字加密串，截取数字加密串即IP链的前四位放入地方区块链IP数据库进行验证，如果没有重复则完成IP链的强对抗验证并生成有效链IP，保存在地方区块链IP数据库，组网内同一地区的多个IP链组成区块，组网所有节点按地区组成区块链。

进一步地，步骤三具体为：

当节点IP链生成之后执行一致性运算程序，根据一致性运算程序的运算结果，标识该区块传输数据方式，并执行同步到中央区块链IP数据库。

进一步地，一致性运算程序具体为：

S1、首先，获取当前网络节点的IP访问中央服务器上的网络拓扑数据库获得节点的网络品质标识Flag；

S2、分析每个节点的标识状态并进行节点状态(status)二次确认；

S3、对组网内各区块设置数据同步设置异常节点容忍度公式；

S4、根据异常节点预测模型运算结果调整当前各区块分布式数据一致性策略，即，地方区块链IP数据同步或异步到中央区块链IP数据库，完成一致性优化。

本发明的有益效果是：本发明由构建异常节点预测模型、构建分布式网络区块链数据库、IP链数据一致性同步及优化三部分组成。首先，构建异常节点预测模型获得组网内各节点未来发生异常概率，从而为当前区块包含的网络节点数据一致性的策略进行优化调整。其次，构建分布式网络区块链IP数据库，IP链生成之前先经过弱对抗测试和强对抗验证并生成有效链IP，保存在地方区块链IP数据库；最后，构建容忍度模型并预测故障区块，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。通过以上步骤，解决传统机房网络缺乏可靠的监督机制，信息的传递难以证明真伪、网络业务应用关系复杂，依赖层次多，排查问题困难的问题。

附图说明

图1为基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明突出了区块链在分布式网络中数据一致性及安全加密等应用场景中的突出地位，传统机房网络缺乏可靠的监督机制，信息的传递难以证明真伪。区块链弥补了传统网络的不足。本方法主要由构建异常节点预测模型、构建分布式网络区块链数据库、IP链数据一致性同步及优化三部分组成。首先，采用马尔可夫链算法构建异常节点预测模型获得组网内各节点未来发生异常概率，从而为当前区块包含的网络节点数据一致性的策略进行优化调整；其次，构建分布式网络区块链IP数据库，IP链生成之前先经过弱对抗测试，通过测试后网络节点原始明文IP地址进行先补位再补长度；然后，将512bits分成8个64位二进制并提取每个二进制32bits，连接起来即，256bits长的Hash值即IP链，截取IP链的前四位放入地方区块链IP数据库进行强对抗验证并生成有效链IP，保存在地方区块链IP数据库；最后，构建容忍度模型并预测故障区块，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。区块链技术，首先，采用技术手段确保了很多事情在区块链网络中的唯一性；其次，大幅降低了运维的成本。为系统的高效运转奠定了良好的基础；再次，区块链网络具有抗风险性，因为不再依赖中心化机构，而如果攻击区块链网络，需要同时覆盖51％以上的网络节点才可能取得成功，在区块链应用己经全球的背景下，这样的攻击很难实施。

如图1所示，本方法主要由构建异常节点预测模型、构建分布式网络区块链数据库，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。

中央节点：部署中央服务器、rping程序、一致性运算程序、IP链生成程序、网络拓扑数据库、中央区块链IP数据库、告警数据库、历史告警数据库，中央节点＝中央网络设备包括路由器、交换机可关联中央服务器。

地方节点：部署节点服务器、地方区块链IP数据库，地方网络设备包括路由器、交换机可关联地方服务器，地方服务器部署地方区块链IP数据库。

步骤一、构建异常节点预测模型：

首先，访问组网内中央服务器部署的网络拓扑数据库，获取组网内所有网络节点。

其次，通过执行rping程序获取相邻的网络节点的平均延迟，并将网络品质标识Flag存储到网络拓扑数据库。

rping程序：采用执行rping命令，测试相邻的两个节点之间平均延迟，完成组网内各网络节点的测试，然后对延迟小于50ms、大于50ms并小于100ms、大于100ms的节点分别生成网络品质标识Flag。

延迟小于50ms为，Flag＝1；延迟大于50ms并小于100ms为，Flag＝2；延迟大于100ms为，Flag＝3。

然后，构建异常节点预测模型

S1、异常节点预测模型公式

X(k+1)＝X(k)×P

公式中：X(k)表示趋势分析与预测对象在t＝k时刻的状态向量，P表示一步转移概率矩阵，X(k+1)表示趋势分析与预测对象在t＝k+1时刻的状态向量。

采用二步转移矩阵生成数据集合

如

P00代表：节点故障数；P01代表：节点正常数

P10代表：节点故障数；P11代表：节点正常数

S1-1、计算历史网络节点故障初始概率：

历史当前节点的全部故障总数/组网所有历史故障总数

S1-2、计算当前时段组网故障节点数量转移到正常节点数量占故障节点百分比：

当前时段该节点故障率＝当前时段该节点故障数/当前时段故障总数。

S1-S2＝如果是负数：40％-50％＝-10％

第一步：-10％表示当前时段节点异常数较历史增加10％。

第二步：增加的10％乘与当前时段节点故障总数＝新增故障条数。

第三步：新增故障条数/当前时段节点故障总数＝当前时段该节点当前时段网络节点非故障转移到故障概率。

S1-3、当前时段网络正常节点转移到故障节点概率：

S1-S2＝如果是正数：50％-10％＝10％

则表示当前时段该节点异常数量较历史减少10％

第一步：10％表示当前时段节点异常数较历史减少10％。

第二步：减少的10％乘与当前时段节点故障总数＝减少故障条数。

第三步：减少故障条数/故障总数＝当前时段网络节点故障转移到非故障概率。

举例：(模型需要的三组数据)

历史网络节点故障初始概率：【0.3、0.7】

当前时段网络节点故障转移到非故障概率：【0.6、0.4】

当前时段网络节点正常转移到故障概率：【0.3、0.7】

通过模型计算得出组网内网络节点未来发生故障比例，

从而预测得出当前区块健康环境:X(k+1)＝X(k)×P

下时段节点故障发生概率0.3x0.6+0.3x0.7＝0.39

下时段节点正常发生概率0.3x0.4+0.7x0.7＝0.61

下时段节点故障与非故障发生概率：【0.39 0.61】

最后，对每一个节点的三组数据进行分析后放入【异常节点预测模型】获得组网内各节点未来发生故障异常概率，从而为当前区块包含的网络节点数据一致性的策略进行优化调整通过科学依据。

步骤二、构建分布式网络区块链IP数据库；

通过IP链生成程序执行生成基于区块的IP链，生成前进行弱对抗验证，生成后进行强对抗验证。如果有重复则终止IP链生成。没有重复完IP链成生成操作后保存在地方区块链IP数据库。

IP链生成程序：是否加入自定义标识，

首先，进行强弱对抗测试：将节点IP放入中央区块链IP数据库进行数据弱对抗。即，是否有重复的IP。如果没有重复，则通过IP链生成程序中的python语言的hashlib库的sha256()函数计算(SHA-256)的二进制字符串哈希值。哈希值访问地方区块链IP数据库进行查询重复完成哈希值的强抗碰撞性测试。

其次，对原始明文的节点IP地址进行先补位再补长度，SHA-256必须对源数据进行补位，目的是使得其长度在对512取模以后得余数是448。进行补位第一步先在末位补一个1，第二步在后面补足一串0，使得补位后的数据满足长度在对512取模以后得到余数是448的必要条件完成补位，补长度并分块操作：将原始数据对应的二进制数据的长度放到已经进行了补位的数据后面，并转为十六进制。如果原始数据二进制长度超过512，补长度后数据超过512的倍数，则按512bits分块，没超过512按现有长度分块。

然后，将每一个512bits分成8个64位二进制并提取每个二进制32bits，连接起来即，256bits长的Hash值数字加密串。截取数字加密串即IP链的前四位放入地方区块链IP数据库进行验证，如果没有重复则完成IP链的强对抗验证并生成有效链IP，保存在地方区块链IP数据库。组网内同一地区的多个IP链组成区块，组网所有节点按地区组成区块链；

步骤三、通过构建的异常节点预测模型预测故障区块，最后对区块内IP链数据进行一致性同步及优化：

当节点IP链生成之后执行一致性运算程序，根据一致性运算程序的运算结果，标识该区块传输数据方式。并执行同步到中央区块链IP数据库。

具体描述：首先，分析网络拓扑数据库获的网络品质标识Flag，并针对Flag＝3异常节点进行节点状态status二次确认，分二层进行二次确认后，对异常节点进行容忍度公式判断从而进行第三次数据一致性优化校验。

一致性运算程序：

S1、首先，获取当前网络节点的IP访问中央服务器上的网络拓扑数据库获得节点的网络品质标识Flag；

S2、分析每个节点的标识状态并进行节点状态status二次确认；

节点状态计算描述：通过当前节点IP访问告警数据库查看是否有告警，如果有告警提取告警相应等级标识level的数值分为五个等级，1＝紧急、2＝严重、3＝重要、4＝次要、5＝轻微。由于告警数据量较大，告警原因较多我们将告警分析分成二层判断；

第一层：如果当前节点告警level出现(紧急、严重)则我们对该节点生成的链IP状态标识定义为异步status＝1，反之为同步status＝0；

第二层：对定义为异步标识status＝1的IP链告警内容进行二次分析。当出现节点宕机、丢包100％等情况，异步标识不变status＝1。如果闪断、网络抖动、CPU和内存使用率过高导致的告警，参照历史告警数据库CPU和内存使用率不超过历史峰值或告警持续频率较短，即，巡检次数小于等于2次，则status＝2；

状态标识：

status＝0IP链数据同步；

status＝1IP链数据异步，异步数据前访问告警数据库确认告警等级level不等于1或2、或告警数据不存在表示已恢复；

status＝2IP链数据异步，规定时间按小时、天、周等情况；

S3、对组网内各区块数据通过异常节点预测模型设置组网内各节点未来发生故障异常概率，并按照故障异常概率进行一致性数据优化；

如果当前区块异常节点超过30％，则全部采用异步数据方法进行数据一致性操作；

如果低于30％，则参考步骤一异常节点预测模型获得组网内各节点发生故障概率，如果当前节点下一时段发生故障概率高于历史概率，执行步骤三的一致性运算程序进行综合判断采取异步或同步一致性同步数据的方法，反之低于历史概率则采用现有技术中的分布式一致性同步数据的方法；

S4、根据异常节点预测模型运算结果调整当前各区块分布式数据一致性传输策略，即，地方区块链IP数据同步或异步到中央区块链IP数据库，完成一致性优化。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、构建异常节点预测模型；

步骤二、构建分布式网络区块链IP数据库；

步骤三、通过构建的异常节点预测模型预测故障区块，并对区块内IP链数据进行一致性同步及优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，其特征在于，步骤一具体为：

步骤1.1，访问组网内中央服务器部署的网络拓扑数据库，获取组网内所有网络节点；

步骤1.2，通过执行rping程序获取相邻的网络节点的平均延迟，并将网络品质标识Flag存储到网络拓扑数据库；

步骤1.3，构建异常节点预测模型对组网内网络节点进行异常预测；

步骤1.4，获得组网内各节点未来发生异常概率，从而为当前区块包含的网络节点数据一致性的策略进行优化调整通过科学依据。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，其特征在于，步骤二具体为：

通过IP链生成程序执行生成基于区块的IP链，生成前进行弱对抗验证，生成后进行强对抗验证；如果有重复则终止IP链生成；没有重复完IP链成生成操作后保存在地方区块链IP数据库。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，其特征在于，步骤二具体为：

步骤2.1，将节点IP放入中央区块链IP数据库进行数据弱对抗，即是否有重复的IP；如果没有重复，则通过IP链生成程序中的python语言的hashlib库的sha256()函数计算SHA-256的二进制字符串哈希值，哈希值访问地方区块链IP数据库进行查询重复完成哈希值的强抗碰撞性测试；

步骤2.2，对原始明文的节点IP地址进行先补位再补长度；进行补位第一步先在末位补一个1，第二步在后面补足一串0，使得补位后的数据满足长度在对512取模以后得到余数是448的必要条件完成补位，补长度并分块操作：将原始数据对应的二进制数据的长度放到已经进行了补位的数据后面，并转为十六进制，如果原始数据二进制长度超过512，补长度后数据超过512的倍数，则按512bits分块，没超过512按现有长度分块；

步骤2.3，将每一个512bits分成8个64位二进制并提取每个二进制32bits，连接起来即256bits长的Hash值数字加密串，截取数字加密串即IP链的前四位放入地方区块链IP数据库进行验证，如果没有重复则完成IP链的强对抗验证并生成有效链IP，保存在地方区块链IP数据库，组网内同一地区的多个IP链组成区块，组网所有节点按地区组成区块链。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，其特征在于，步骤三具体为：

当节点IP链生成之后执行一致性运算程序，根据一致性运算程序的运算结果，标识该区块传输数据方式，并执行同步到中央区块链IP数据库。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链分布式网络数字加密一致性优化的方法，其特征在于，一致性运算程序具体为：

S1、首先，获取当前网络节点的IP访问中央服务器上的网络拓扑数据库获得节点的网络品质标识Flag；

S2、分析每个节点的标识状态并进行节点状态二次确认；

S3、对组网内各区块设置数据同步设置异常节点容忍度公式；

S4、根据异常节点预测模型运算结果调整当前各区块分布式数据一致性策略，即，地方区块链IP数据同步或异步到中央区块链IP数据库，完成一致性优化。

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