CN115412257B - 一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置 - Google Patents

一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置，包括监控联盟链和存证联盟链，监控联盟链存储冷链联合节点可公开交易数据，存证联盟链存储冷链节点隐私数据。冷链联合节点由冷链独立节点通过RBAC模型联合而成，联合节点内部节点对共享数据享有相同的权限，对交易数据进行认证、签名后提出上链请求。可公开交易数据明文上传至公开联盟链，监控联盟链对所有节点公开透明。隐私交易数据经对称加密后上传至授权联盟链，存证联盟链对有权限的节点公开透明。与现有技术相比，本发明通过构建区块链双链，实现数据安全共享的同时保护隐私数据安全，创建联合节点，确保上链前交易数据安全，同时有效避免冗余数据重复上传。

Description

一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置
技术领域
本发明涉及区块链领域，尤其涉及一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置。
背景技术
在冷链运输中，涉及到生产加工、冷库贮藏，运输，销售等环节，由于冷链食品输送需要的条件要求较高，容易在物流中产生较多问题，容易出现信息分享不及时，不完整，容易出现“信息孤岛”问题，导致“断链”，最终造成企业或商家的严重经济损失。现有的冷链物流管理中，多是简单的通过物流单据进行数据管理，这样不仅造成时效性较差，不能够及时对冷链产品进行检测，而且后续产生问题是，不利于在多个环节分别回溯追踪，安全性较差。而近来随着区块链技术的发展，可以有效记录多个节点的数据，方便查验。
区块链技术从本质上讲是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、公开透明、不可伪造、可溯源等特性，确保存储在其中的数据的完整性和真实性，但这些特性同时也带来了交易数据隐私保护问题，严重影响其在企业业务应用场景中的使用。
现有区块链技术都是单个节点对区块链数据进行管理。在实际应用中，节点之间存在一定关联性，会共享某些交易数据，以传统单节点管理数据的方式无法确保数据上链前的可靠性，同时多节点同时上传共享数据会对区块链负载造成一定影响。
发明内容
发明目的：针对背景技术中指出的问题，本发明提出一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置，以解决冷链数据共享程度低以及区块链数据隐私问题，同时通过节点联合方式来保证数据上链前的安全性，以及减少冗余数据上传，减轻区块链负载。
技术方案：本发明公开一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法，包括如下步骤：
步骤1：冷链独立节点对交易数据进行数据处理，将数据划分为独立数据G1、联合数据G2，所述独立数据G1和联合数据G2均划分为可公开数据R1及隐私数据R2；
步骤2：构建区块链双链结构，包括监控联盟链和存证联盟链；
步骤3：通过RBAC模型将冷链独立节点转换为冷链联合节点，同时实现联合节点内部节点新增和移除；
步骤4：通过明文上链方式将可公开数据上传至监控联盟链，监控联盟链对所有联盟链节点公开；
步骤5：通过AES对称加密算法将隐私交易数据加密后密文上传至存证联盟链，存证联盟链对有权限的冷链联盟节点公开。
进一步地，所述步骤2的具体方法为：
步骤2.1：构建监控联盟链，所述监控联盟链中的区块的每个块之间通过包含前一个块的哈希值进行连接；
步骤2.2：构建存证联盟链，所述存证联盟链中的区块的每个块之间通过包含前一个块的哈希值进行连接；
步骤2.3：所述监控联盟链和存证联盟链通过监控联盟链的区块包含存证联盟链的块ID实现对应关系；
步骤2.4：所述监控联盟链和存证联盟链都使用PBFT算法作为联盟链共识算法。
进一步地，所述步骤3的具体方法为：
步骤3.1：构建冷链独立节点，节点为冷链用户，所述冷链独立节点都有身份认证机构颁发的数字证书、公钥和私钥，用于数字签名；
步骤3.2：冷链独立节点通过RBAC模型向其他冷链独立节点发起联合请求；
步骤3.3：冷链独立节点作为联合发起者被赋予管理者角色，享有相应的管理者权限，所述管理者权限包括管理权限、认证权限、数据权限、操作权限、访问权限；
步骤3.4：其他冷链独立节点同意联合后，被赋予受邀联合者角色，受邀联合者角色享有与管理者相同的认证权限、数据权限、操作权限及访问权限；
步骤3.5：经步骤3.2、步骤3.3、步骤3.4后，冷链独立节点相联合成为冷链联合节点；
步骤3.6：实现冷链联合节点新节点新增与移除；
进一步地，所述步骤3.6进行冷链联合节点新节点新增与移除的步骤如下：
步骤3.6.1：管理员邀请新节点联合；
步骤3.6.2：冷链联合节点内其余节点对新节点进行认证；
步骤3.6.3：所有节点认证通过后，由管理员赋予新节点受邀联合节点角色；
步骤3.6.4：冷链联合节点内节点发出移除请求；
步骤3.6.5：冷链联合节点内其余节点对移除请求进行认证；
步骤3.6.6：通过所有节点同意后，管理员撤销节点受邀联合角色。
进一步地，所述步骤4的具体方法为：
步骤4.1：冷链独立节点上传可公开数据R1，请求上传至监控联盟链；
步骤4.2：判断可公开数据R1是否为联合数据G2，是则跳转到步骤4.3，否则跳转至步骤4.5；
步骤4.3：冷链联合节点内部各节点对数据进行认证，确认无误后利用数字签名技术对数据进行认证签名；
步骤4.4：判断是否通过所有节点认证签名，是则跳转到4.5，否则跳转到步骤4.3；
步骤4.5：广播交易；
步骤4.6：等待PBFT共识；
步骤4.7：等待PBFT共识完成后将可公开数据R1上传至监控联盟链。
进一步地，所述步骤5的具体方法为：
步骤5.1：冷链独立节点上传隐私数据R2，请求上传至存证联盟链；
步骤5.2：判断是否为联合数据G2，是则跳转到步骤5.3，否则跳转至步骤5.10；
步骤5.3：冷链联合节点内部各节点对数据进行认证，确认无误后利用数字签名技术进行认证签名；
步骤5.4：判断是否通过所有冷链联合节点内部节点认证签名，是则跳转到步骤5.5，否则跳转到步骤5.3；
步骤5.5：使用随机密钥生成器生成随机密钥；
步骤5.6：使用AES对称加密算法对数据和密钥进行加密；
步骤5.7：将随机密钥分发至其余冷链联合节点内部节点；
步骤5.8：其余节点使用随机密钥对加密数据进行解密认证签名；
步骤5.9：判断是否通过所有冷链联合节点内部节点认证，是则跳转到5.13，否则跳转到步骤5.8；
步骤5.10：使用随机密钥生成器生成随机密钥；
步骤5.11：使用AES对称加密算法对数据和密钥进行加密；
步骤5.12：广播交易；
步骤5.13：等待PBFT共识；
步骤5.14：等待PBFT共识完成后将隐私数据R2上传至存证联盟链。
本发明还公开一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现上述的基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法的步骤。
有益效果：
本发明通过对冷链交易数据进行划分，按照不同需求对不同数据进行区块链存储，实现不同应用场景下的数据安全共享。通过构建公开联盟链和存证联盟链，存放可公开数据和隐私数据，实现数据安全共享的同时保证隐私数据安全。通过RBAC模型进行联合节点权限管理，确保联合节点各节点对数据享有相同的权限，对上链前的数据进行多方验证提升数据的安全性和可靠性。明文上传公开数据至公开联盟链，实现数据在公开联盟链上的安全共享，实现冷链交易数据对冷链节点公开透明。密文上传隐私数据至隐私联盟链，确保隐私数据安全存证。
附图说明
图1为基于区块链双链的联合节点数据共享方法及装置整体流程图；
图2为区块链双链整体结构示意图；
图3为冷链联合节点创建、授权示意图；
图4为可公开交易数据上链流程图；
图5为隐私交易数据上链流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明公开了一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法及装置，该基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法包括如下步骤：
步骤1：对交易数据进行数据处理，将数据划分为独立数据G1，联合数据G2，所述独立数据G1和联合数据G2又可划分为可公开数据R1及隐私数据R2，具体方法为：
步骤1.1：冷链独立节点对交易数据进行划分，分为独立数据G1和联合数据G2；
步骤1.2：冷链独立节点将交易数据进行划分，分为可公开数据R1和隐私数据R2。
步骤2：构建区块链双链结构，包括监控联盟链和存证联盟链，具体方法为：
步骤2.1：构建监控联盟链，所述监控联盟链中的区块的每个块之间通过包含前一个块的哈希值进行连接。
步骤2.2：构建存证联盟链，所述存证联盟链中的区块的每个块之间通过包含前一个块的哈希值进行连接。
步骤2.3：所述监控联盟链和存证联盟链通过监控联盟链的区块包含存证联盟链的块ID实现对应关系。
步骤2.4：所述监控联盟链和存证联盟链都使用PBFT算法作为联盟链共识算法。
步骤3：通过RBAC模型将冷链独立节点转换为冷链联合节点，同时实现联合节点内部节点新增和移除，具体方法为：
步骤3.1：构建冷链独立节点，节点为冷链用户，所述冷链独立节点都有身份认证机构颁发的数字证书、公钥T＝{T1，T2，…，Ti，…，Tn}和私钥K＝{K1，K2，…，Ki，…，Kn}，可用于数字签名。所述n为冷链联合节点内部节点个数。
步骤3.2：冷链独立节点通过RBAC模型向其他冷链独立节点发起联合请求。
步骤3.3：冷链独立节点作为联合发起者被赋予管理者角色，享有相应的管理者权限，包括管理权限、认证权限、数据权限、操作权限、访问权限。
步骤3.4：其他冷链独立节点同意联合后，被赋予受邀联合者角色，受邀联合者角色享有与管理者相同的认证权限、数据权限、操作权限及访问权限。
步骤3.5：经步骤3.2、步骤3.3、步骤3.4后，冷链独立节点相联合成为冷链联合节点。
步骤3.6：冷链联合节点新节点加入步骤如下：
步骤3.6.1：管理员邀请新节点联合。
步骤3.6.2：冷链联合节点内其余节点对新节点进行认证。冷链联合节点内部所有节点使用新节点公钥对新节点签名进行身份认证，通过认证则进行数字签名。
步骤3.6.3：所有节点认证通过后，由管理员赋予新节点受邀联合节点角色。
步骤3.7：冷链联合节点移除步骤如下：
步骤3.7.1：冷链联合节点内节点发出移除请求。
步骤3.7.2：冷链联合节点内其余节点对移除请求进行认证，联合节点内部节点对移除请求认证后进行数字签名，表示通过认证。
步骤3.7.3：通过所有节点同意后，管理员撤销节点受邀联合角色。
步骤4：通过明文上链方式将可公开数据上传至监控联盟链，监控联盟链对所有联盟链节点公开，具体方法为：
步骤4.1：冷链独立节点上传可公开数据R1，请求上传至监控联盟链。
步骤4.2：判断是否为联合数据G2，是则跳转到步骤4.3，否则跳转至步骤4.5。
步骤4.3：冷链联合节点内部各节点对数据进行认证，确认无误后利用数字签名技术对数据进行认证签名。
步骤4.4：判断是否通过所有节点认证签名，是则跳转到4.5，否则跳转到步骤4.3。
步骤4.5：广播交易。
步骤4.6：等待PBFT共识。
步骤4.7：等待PBFT共识完成后将可公开数据R1上传至监控联盟链。
步骤5：通过AES对称加密算法将隐私交易数据加密后密文上传至存证联盟链，存证联盟链对有权限的冷链联盟节点公开，具体方法为：
步骤5.1：冷链独立节点上传隐私数据R2，请求上传至存证联盟链。
步骤5.2：判断是否为联合数据G2，是则跳转到步骤5.3，否则跳转至步骤5.10。
步骤5.3：冷链联合节点内部各节点对数据进行认证，确认无误后利用数字签名技术进行认证签名。
步骤5.4：判断是否通过所有冷链联合节点内部节点认证签名，是则跳转到步骤5.5，否则跳转到步骤5.3。
步骤5.5：使用随机密钥生成器生成随机密钥M＝{M1，M2，…，Mi，…，M∞}；
所诉∞表示随机密钥的数量为无穷大。
步骤5.6：使用AES对称加密算法对数据和密钥进行加密。
步骤5.7：将随机密钥分发至其余冷链联合节点内部节点。
步骤5.8：其余节点使用随机密钥对加密数据进行解密认证签名。
步骤5.9：判断是否通过所有冷链联合节点内部节点认证，是则跳转到5.13，否则跳转到步骤5.8。
步骤5.10：使用随机密钥生成器生成随机密钥M＝{M1，M2，…，Mi，…，M∞}。
所诉∞表示随机密钥的数量为无穷大。
步骤5.11：使用AES对称加密算法对数据和密钥进行加密。
步骤5.12：广播交易。
步骤5.13：等待PBFT共识。
步骤5.14：等待PBFT共识完成后将隐私数据R2上传至存证联盟链。
下表为有关本发明中相关名词、字母的含义解释：
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此技术的人能够了解本发明的内容据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变换或装饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：冷链独立节点对交易数据进行数据处理，将数据划分为独立数据G1、联合数据G2，所述独立数据G1和联合数据G2均划分为可公开数据R1及隐私数据R2；
步骤2：构建区块链双链结构，包括监控联盟链和存证联盟链；
步骤2.1：构建监控联盟链，所述监控联盟链中的区块的每个块之间通过包含前一个块的哈希值进行连接；
步骤2.2：构建存证联盟链，所述存证联盟链中的区块的每个块之间通过包含前一个块的哈希值进行连接；
步骤2.3：所述监控联盟链和存证联盟链通过监控联盟链的区块包含存证联盟链的块ID实现对应关系；
步骤2.4：所述监控联盟链和存证联盟链都使用PBFT算法作为联盟链共识算法；
步骤3：通过RBAC模型将冷链独立节点转换为冷链联合节点，同时实现联合节点内部节点新增和移除；
步骤3.1：构建冷链独立节点，节点为冷链用户，所述冷链独立节点都有身份认证机构颁发的数字证书、公钥和私钥，用于数字签名；
步骤3.2：冷链独立节点通过RBAC模型向其他冷链独立节点发起联合请求；
步骤3.3：冷链独立节点作为联合发起者被赋予管理者角色，享有相应的管理者权限，所述管理者权限包括管理权限、认证权限、数据权限、操作权限、访问权限；
步骤3.4：其他冷链独立节点同意联合后，被赋予受邀联合者角色，受邀联合者角色享有与管理者相同的认证权限、数据权限、操作权限及访问权限；
步骤3.5：经步骤3.2、步骤3.3、步骤3.4后，冷链独立节点相联合成为冷链联合节点；
步骤3.6：实现冷链联合节点新节点新增与移除；
步骤3.6.1：管理员邀请新节点联合；
步骤3.6.2：冷链联合节点内其余节点对新节点进行认证，冷链联合节点内部所有节点使用新节点公钥对新节点签名进行身份认证，通过认证则进行数字签名；
步骤3.6.3：所有节点认证通过后，由管理员赋予新节点受邀联合节点角色；
步骤3.6.4：冷链联合节点内节点发出移除请求；
步骤3.6.5：冷链联合节点内其余节点对移除请求进行认证，联合节点内部节点对移除请求认证后进行数字签名，表示通过认证；
步骤3.6.6：通过所有节点同意后，管理员撤销节点受邀联合角色；
步骤4：通过明文上链方式将可公开数据上传至监控联盟链，监控联盟链对所有联盟链节点公开；
步骤5：通过AES对称加密算法将隐私交易数据加密后密文上传至存证联盟链，存证联盟链对有权限的冷链联盟节点公开；
步骤5.1：冷链独立节点上传隐私数据R2，请求上传至存证联盟链；
步骤5.2：判断是否为联合数据G2，是则跳转到步骤5.3，否则跳转至步骤5.10；
步骤5.3：冷链联合节点内部各节点对数据进行认证，确认无误后利用数字签名技术进行认证签名；
步骤5.4：判断是否通过所有冷链联合节点内部节点认证签名，是则跳转到步骤5.5，否则跳转到步骤5.3；
步骤5.5：使用随机密钥生成器生成随机密钥；
步骤5.6：使用AES对称加密算法对数据和密钥进行加密；
步骤5.7：将随机密钥分发至其余冷链联合节点内部节点；
步骤5.8：其余节点使用随机密钥对加密数据进行解密认证签名；
步骤5.9：判断是否通过所有冷链联合节点内部节点认证，是则跳转到5.13，否则跳转到步骤5.8；
步骤5.10：使用随机密钥生成器生成随机密钥；
步骤5.11：使用AES对称加密算法对数据和密钥进行加密；
步骤5.12：广播交易；
步骤5.13：等待PBFT共识；
步骤5.14：等待PBFT共识完成后将隐私数据R2上传至存证联盟链。
2.根据权利要求1所述的基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法，其特征在于，所述步骤4的具体方法为：
步骤4.1：冷链独立节点上传可公开数据R1，请求上传至监控联盟链；
步骤4.2：判断可公开数据R1是否为联合数据G2，是则跳转到步骤4.3，否则跳转至步骤4.5；
步骤4.3：冷链联合节点内部各节点对数据进行认证，确认无误后利用数字签名技术对数据进行认证签名；
步骤4.4：判断是否通过所有节点认证签名，是则跳转到4.5，否则跳转到步骤4.3；
步骤4.5：广播交易；
步骤4.6：等待PBFT共识；
步骤4.7：等待PBFT共识完成后将可公开数据R1上传至监控联盟链。
3.一种基于区块链双链的冷链联合节点数据共享装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现如权利要求1或2所述的基于区块链双链的冷链联合节点数据共享方法的步骤。
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Drusinsky Cryptographic–biometric self-sovereign personal identities

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