CN115982700B - 一种数字孪生系统权限控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字孪生系统权限控制方法及系统，涉及数字孪生体技术领域。该方法包括：通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象；将每个沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方；确定所有沙箱的连接方式；每个参与方根据连接方式和权限控制参数实施对应的权限控制。本发明通过安全多方计算算法和不同的沙箱连接模式，将各相关方的权限控制参数作用于同一数字孪生对象，各相关方的各自技术商业秘密工作参数可在各自对应的沙箱中实施，互相不分彼此，互相完全不知晓，通过安全多方计算，达成权限控制，满足了数字孪生系统中权限控制的复杂要求，更好地保护了相关方的技术秘密，从而更好地保护了系统安全。

Description

一种数字孪生系统权限控制方法及系统

技术领域

本发明涉及数字孪生体技术领域，尤其涉及一种数字孪生系统权限控制方法及系统。

背景技术

数字孪生系统是现实中实体设备、环境、对象的数字映射，实体环境中的一切属性和参数都会映射到数字孪生系统中，相应的，数字孪生系统中的一切操作指令，也会引发实体设备和环境的相应动作和变化。基于这种特性，在传统的信息系统中，用户的操作仅对数据本身产生影响，而对于数字孪生系统，用户的操作会引发相应实体设备环境的变化，这就导致数字孪生系统的权限控制显现出了一些设备所有权、运行管理权、客户工艺参数保密等多方面叠加的权限控制需求。

传统的信息系统权限控制方案通常是按照功能模块和用户权限级别划分，用户登录系统后，由系统管理员为普通用户设置可以使用的功能权限，只要用户具有相应的权限，则可以在相应的功能模块内查询数据和修改数据，这种方式难以满足数字孪生系统中权限控制的复杂要求，无法对各个相关方的技术秘密进行保护。

发明内容

本发明所要解决的是现有权限控制方法难以满足数字孪生系统中权限控制的复杂要求的问题，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种数字孪生系统权限控制方法及系统。

第一个方面，提供了一种数字孪生系统权限控制方法，包括：

通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象；

将每个所述沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方；

确定所有沙箱的连接方式；

每个参与方根据所述连接方式和所述权限控制参数实施对应的权限控制。

在第一个方面的一种可能实现中，通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，具体包括：

将至少两个沙箱的权限控制参数依次嵌套作用于同一个数字孪生体对象，第i个沙箱的权限控制要求约束了第i+1个沙箱权限控制的实施范围；

其中，i=1,2,…,N，N+1为沙箱数量。

在第一个方面的一种可能实现中，通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，具体包括：

将至少两个沙箱的权限控制参数并行作用于同一个数字孪生体对象，第j个沙箱的权限控制要求不约束其余沙箱权限的实施范围；

其中，第j个沙箱为所有沙箱中的任意一个沙箱。

在第一个方面的一种可能实现中，所述安全多方计算算法包括：CrypTen算法、SPU算法或BGW算法。

第二个方面，提供了一种数字孪生系统权限控制系统，包括：

沙箱设置单元，用于通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，将每个所述沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方，确定所有沙箱的连接方式；

权限控制单元，用于每个参与方根据所述连接方式和所述权限控制参数实施对应的权限控制。

在第二方面的一种可能实现中，所述沙箱设置单元具体用于将至少两个沙箱的权限控制参数依次嵌套作用于同一个数字孪生体对象，第i个沙箱的权限控制要求约束了第i+1个沙箱权限控制的实施范围；

其中，i=1,2,…,N，N+1为沙箱数量。

在第二方面的一种可能实现中，所述沙箱设置单元具体用于将至少两个沙箱的权限控制参数并行作用于同一个数字孪生体对象，第j个沙箱的权限控制要求不约束其余沙箱权限的实施范围；

其中，第j个沙箱为所有沙箱中的任意一个沙箱。

在第二方面的一种可能实现中，所述安全多方计算算法包括：CrypTen算法、SPU算法或BGW算法。

通过安全多方计算算法和不同的沙箱连接模式，将各相关方的权限控制参数作用于同一数字孪生对象，各相关方的各自技术商业秘密工作参数可在各自对应的沙箱中实施，互相不分彼此，互相完全不知晓，通过安全多方计算，达成权限控制，满足了数字孪生系统中权限控制的复杂要求，更好地保护了相关方的技术秘密，从而更好地保护了系统安全。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明数字孪生系统权限控制方法的实施例提供的流程示意图；

图2为本发明数字孪生系统权限控制方法的实施例提供的第一种沙箱连接方式示意图；

图3为本发明数字孪生系统权限控制方法的实施例提供的第二种沙箱连接方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

目前，现有的信息系统，权限控制一般是由系统管理员为普通用户设置可以使用的功能权限，而数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。在功能模块这个层面，数字孪生系统的权限控制与一般的信息系统相同，都是具有授权或是达到权限级别的用户可以操作。不同的是，数字孪生系统往往是现实中实体设备、环境、对象的数字映射，实体环境中的一切属性和参数都会映射到数字孪生系统中，相应的，数字孪生系统中的一切操作指令，也会引发实体设备和环境的相应动作和变化。因此，目前数字孪生系统的权限控制技术方案应用场合，显现出了一些设备所有权、运行管理权、客户工艺参数保密等多方面叠加的权限控制需求，传统的信息系统权限控制方案，在此方面存在不足或缺乏解决方案。

例如，对于一些特殊生物、化工制品的物流运输过程，对于货物的环境温度、压力等参数有着严格的要求，物流公司除去运输的职能，还要配合货物所有者对运输物品进行远程监控以及参数调整，现有的权限控制方法难以满足需求。

又例如，对于一些高端智能加工设备，设备所有者有时会把设备的运行工时出租，而承租者在承租的工时内拥有对设备的控制权，设备所有者需要对承租者的操作进行监控，以保证承租方在约定的正常操作范围内，而承租方加工的产品的订购客户，有些定制化需求和参数，订购客户往往又想保密，并不想这些加工设置参数、配方等被加工厂家知晓，而承租者也有同样的诉求，希望自己承租时段的工作参数不被泄露，现有的权限控制方法难以满足需求。

基于此，本发明提供了一种用于数字孪生系统的权限控制方法，下面结合具体实例说明。

如图1所示，为本发明数字孪生系统权限控制方法的实施例提供的流程示意图，该数字孪生系统权限控制方法包括：

S1，通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象；

S2，将每个沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方；

S3，确定所有沙箱的连接方式；

S4，每个参与方根据连接方式和权限控制参数实施对应的权限控制。

应理解，也可以先确定所有沙箱的连接方式，再将每个沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方。

需要说明的是，沙箱是一种按照安全策略限制程序行为的执行环境，沙箱的数量可以根据实际需求设置，在不考虑硬件计算能力的前提下，沙箱嵌套层数没有限制，即理论上沙箱的数量可以为任意多个。

权限控制参数用于安全多方计算的算法加密，每方使用一个沙箱，每方仅知道自己的权限控制参数，例如，假设数字孪生体对象为运输某产品，A公司负责运输，B公司负责组装，那么运输时间、路线、车辆等信息就可以是A公司对应的沙箱控制的权限控制参数，组装时间、组装地点、组装方式等信息就可以是B公司对应的沙箱控制的权限控制参数，A公司和B公司分别是安全多方计算算法中的每个参与方，使用同一个安全多方计算算法对各自的权限控制参数加密，从而实现对应的权限控制。

除了运输某产品，数字孪生体对象还可以生产工艺、任务流程、产品等全生命周期过程，不再赘述。

应理解，沙箱的连接方式可以根据实际需求设置，例如，不同的沙箱可以有包含关系，也可以彼此独立。

如图2所示，提供了第一种沙箱连接方式，各权限控制算法具有包含关系，即外层沙箱的权限控制要求约束了内层沙箱权限控制的实施范围。

例如，外层沙箱的权限控制的实施范围为控制车速，要求速度小于60公里每小时，内层沙箱控制振动幅度，要求小于1毫米，那么综合起来就是在车速小于60公里的情况下，振动幅度小于1毫米。

又例如，外层沙箱的权限控制的实施范围为控制存储资源，分配总存储空间为60GB，内层权限控制数据库表数量，不论建立几个数据库表，总占用的存储空间都限制在60GB的这个容量之内。

应理解，在这一点上，本实施例提供的权限控制方法与传统的信息系统权限控制方法有相似之处，但不用点在于采用了沙箱和安全多方计算算法 来实施各自的权限控制，使得不同层级的权限控制彼此独立和保密。

如图3所示，提供了第二种沙箱连接方式，各权限控制算法具有并行关系，各权限控制算法具有并行关系，即各个沙箱的权限控制要求不约束其它沙箱权限控制的实施范围，但最终的结果共同作用与数字孪生对象。

例如，张三建立了一个数控机床加工车间，承接加工订单，李四承接客户的玩偶订单在张三的加工车间加工，王五是设计师，设计了一个玩偶的造型，王五向李四下订单生产，李四再向张三下订单生产，但王五不想把自己设计的玩偶的尺寸参数泄露给李四，李四也不想把自己的加工参数泄露给张三，那么可以使用本实施例的权限控制方法，三方各自设置和操作自己的参数，加密协同各方参数进行工作，完成生产任务。

除了上述两种沙箱连接方式，实际还可以有其他连接方式，例如，某个沙箱仅包含两个沙箱，被包含的两个沙箱的权限控制在该沙箱的权限控制实施范围内。

例如，X公司生产某产品，分别向A公司订购a部件，向B公司订购b部件，然而再将a部件和b部件进行组装，那么对于X公司而言，其与A公司或B公司分别是嵌套的连接方式，而对于A公司与B公司而言，二者是并行的连接方式。

此外，本领域技术人员在本发明构思内，还可以选择其他的沙箱连接方式，均在本发明的保护范围内，不再一一赘述。

本实施例通过安全多方计算算法和不同的沙箱连接模式，将各相关方的权限控制参数作用于同一数字孪生对象，各相关方的各自技术商业秘密工作参数可在各自对应的沙箱中实施，互相不分彼此，互相完全不知晓，通过安全多方计算，达成权限控制，满足了数字孪生系统中权限控制的复杂要求，更好地保护了相关方的技术秘密，从而更好地保护了系统安全。

可选地，在一些可能的实施方式中，通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，具体包括：

将至少两个沙箱的权限控制参数依次嵌套作用于同一个数字孪生体对象，第i个沙箱的权限控制要求约束了第i+1个沙箱权限控制的实施范围；

其中，i=1,2,…,N，N+1为沙箱数量。

如图2所示，提供了嵌套式的沙箱连接方式，沙箱1和沙箱2的嵌套关系实际是一种包含限定关系，例如一辆冷藏运输车，沙箱1可以认为是车辆本身，沙箱2可以认为是冷藏车厢，沙箱1车辆决定了车辆行驶路线和车速等，沙箱2冷藏箱决定了温度。沙箱1包含A参数，沙箱2包含B参数，那么沙箱2的B参数是在沙箱1的A参数为前提的情况下实施的。

又例如，在特殊生物和化工物流场景中，运输委托方可作为沙箱1限定物流路线、停靠点、终点、车速、允许天气条件等参数，沙箱2可作为运输对象环境保障参数限定温度、压力、湿度、电磁参数、共振参数，沙箱2的运输对象环境保障参数是在沙箱1的参数为前提的情况下实施的。

沙箱1和沙箱2通过安全多方计算算法公共施加于数字孪生对象的权限控制算法，彼此又无需通过委托告知的方式，泄露自身工作参数给合作方，同时合作方也无机会介入非本职领域的操作，提高了系统的安全性，适用于复杂的数字孪生系统。

可选地，在一些可能的实施方式中，通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，具体包括：

将至少两个沙箱的权限控制参数并行作用于同一个数字孪生体对象，第j个沙箱的权限控制要求不约束其余沙箱权限的实施范围；

其中，第j个沙箱为所有沙箱中的任意一个沙箱。

如图2所示，提供了并行式的沙箱连接方式，适用于多方独立参与的情景，例如，在工业制造体系中，往往设计商、制造商、生产商是多个角色，多方参与的，有时客户还加入定制化需求，设计商和定制化需求确定产品的创意，制造商确定产品的品质，生产商则实施产品的加工，现实中存在这几方面的交叉一对多合作关系，是为了满足市场需要，传统的合作方式中，三者为了达成商业目标，不得不将自身商业技术秘密泄露给合作方，只能采取法律约束的方式来实现保护，通过本实施例的方法，各相关方的各自技术商业秘密工作参数可在各自对应的沙箱中实施，互相不分彼此，互相完全不知晓，通过安全多方计算，达成权限控制，更好地保护了相关方的技术秘密，从而更好地保护了系统安全。

可选地，在一些可能的实施方式中，安全多方计算算法包括：CrypTen算法、SPU算法或BGW算法。

下面以BGW算法为例，给出示例性的安全多方计算方法。

沙箱P_i的权限控制参数分别是s_i，i=1,2,…,n，n为沙箱的数量；

沙箱P_i采用随机t次多项式f_i（x）=s_i+a_1,ix¹+…+a_t,ix^t将权限控制参数s_i分享，并将<x_j,f_i(x_j)>通过安全信道发送给沙箱p_j，随后n个沙箱通过BGW算法可以计算秘密值之间的加法、数乘以及乘法，实现加密。

本发明还提供一种数字孪生系统权限控制系统，包括：

沙箱设置单元，用于通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，将每个沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方，确定所有沙箱的连接方式；

权限控制单元，用于每个参与方根据连接方式和权限控制参数实施对应的权限控制。

可选地，在一些可能的实施方式中，沙箱设置单元具体用于将至少两个沙箱的权限控制参数依次嵌套作用于同一个数字孪生体对象，第i个沙箱的权限控制要求约束了第i+1个沙箱权限控制的实施范围；

其中，i=1,2,…,N，N+1为沙箱数量。

可选地，在一些可能的实施方式中，沙箱设置单元具体用于将至少两个沙箱的权限控制参数并行作用于同一个数字孪生体对象，第j个沙箱的权限控制要求不约束其余沙箱权限的实施范围；

其中，第j个沙箱为所有沙箱中的任意一个沙箱。

可选地，在一些可能的实施方式中，安全多方计算算法包括：CrypTen算法、SPU算法或BGW算法。

应理解，上述实施方式为与在先方法实施方式对应的产品实施方式，关于产品实施方式的说明可以参考在先方法实施方式的说明，在此不再赘述。

应理解，在不违背本发明构思的前提下，本领域技术人员可以将上述实施方式进行任意组合，均在本发明的保护范围内。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种数字孪生系统权限控制方法，其特征在于，包括：

通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象；

将每个所述沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方；

确定所有沙箱的连接方式；

每个参与方根据所述连接方式和所述权限控制参数实施对应的权限控制；

其中，通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，具体包括：

将至少两个沙箱的权限控制参数依次嵌套作用于同一个数字孪生体对象，第i个沙箱的权限控制要求约束了第i+1个沙箱权限控制的实施范围；

其中，i=1,2,…,N，N+1为沙箱数量；

或者，

将至少两个沙箱的权限控制参数并行作用于同一个数字孪生体对象，第j个沙箱的权限控制要求不约束其余沙箱权限的实施范围；

其中，第j个沙箱为所有沙箱中的任意一个沙箱。

2.根据权利要求1所述的数字孪生系统权限控制方法，其特征在于，所述安全多方计算算法包括：CrypTen算法、SPU算法或BGW算法。

3.一种数字孪生系统权限控制系统，其特征在于，包括：

沙箱设置单元，用于通过至少两个沙箱将权限控制参数作用于同一个数字孪生体对象，将每个所述沙箱作为安全多方计算算法中的每个参与方，确定所有沙箱的连接方式；

权限控制单元，用于每个参与方根据所述连接方式和所述权限控制参数实施对应的权限控制；

其中，所述沙箱设置单元具体用于将至少两个沙箱的权限控制参数依次嵌套作用于同一个数字孪生体对象，第i个沙箱的权限控制要求约束了第i+1个沙箱权限控制的实施范围；

其中，i=1,2,…,N，N+1为沙箱数量；

或者，

所述沙箱设置单元具体用于将至少两个沙箱的权限控制参数并行作用于同一个数字孪生体对象，第j个沙箱的权限控制要求不约束其余沙箱权限的实施范围；

其中，第j个沙箱为所有沙箱中的任意一个沙箱。

4.根据权利要求3所述的数字孪生系统权限控制系统，其特征在于，所述安全多方计算算法包括：CrypTen算法、SPU算法或BGW算法。

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