CN116599574B - 一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法 - Google Patents

一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于低轨卫星通信技术领域，具体涉及一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法；该方法包括：数据拥有者将数据上传到云存储服务器；数据拥有者发布资源特征值和访问控制策略并存储在低轨卫星区块链网络中；数据访问者根据资源特征值检索到需要访问的数据并发起访问请求；低轨卫星区块链网络对数据访问者进行定位并将定位信息加入访问请求属性中；低轨卫星区块链网络采用轻量化子证明方法对访问请求进行验证；若验证成功，低轨卫星区块链网络从云存储服务器获取对应数据并转发给数据访问者，否则，低轨卫星区块链网络向数据访问者发送拒绝访问报文，本发明可实现去中心化、灵活性高、防欺骗、安全性高的细粒度访问控制。

Description

一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法
技术领域
本发明属于低轨卫星通信技术领域，具体涉及一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法。
背景技术
低轨卫星网络（Low Earth Orbit Satellite Network，简称LEO卫星网络）是一种基于卫星通信技术的网络，该网络的卫星轨道高度通常在1000公里以下。相对于传统的地球同步卫星网络，低轨卫星网络的延迟更低，传输速度更快，覆盖范围更广，而且能够提供更高质量的网络连接。
低轨卫星网络通常由多颗卫星组成，这些卫星相互协作，构成一个覆盖范围广、传输速度快、延迟低的网络。这种网络技术可以用于提供全球性的通信服务、互联网接入服务、地震预警服务、气象预报服务等多种服务。同时，低轨卫星网络还可以用于构建物联网、智能交通系统等领域的应用。但是在网络中，可能会存在未经授权的用户或攻击者进入网络，从而破坏网络的隐私和数据安全。因此，访问控制对于保障网络的安全性和可靠性意义重大。传统的访问控制有基于身份的访问控制、基于角色的访问控制、强制访问控制等等，但是这些访问控制方法存在访问控制管理者中心化、粒度不够细、灵活性不强、可能被欺骗等缺点。
本发明充分考虑低轨卫星通信的特点，通过一种基于轻量化的属性智能合约进行访问控制，同时利用低轨卫星多普勒频移定位方法的便利性，在访问发生时，低轨卫星对访问者进行定位，并将不可欺骗的位置作为属性加入到访问请求属性集合中。从而实现去中心化、灵活性高、防欺骗、安全性高的细粒度访问控制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，该方法包括：
S1：数据拥有者将数据上传到云存储服务器；
S2：数据拥有者发布资源特征值和访问控制策略并存储在低轨卫星区块链网络中；
S3：数据访问者根据资源特征值检索到需要访问的数据并发送访问请求报文；
S4：低轨卫星区块链网络对数据访问者进行定位并将定位信息加入访问请求属性中；
S5：低轨卫星区块链网络根据访问请求属性和访问控制策略，采用轻量化子证明方法对访问请求进行验证；
S6：若验证成功，低轨卫星区块链网络从云存储服务器获取对应数据并转发给数据访问者，否则，低轨卫星区块链网络向数据访问者发送拒绝访问报文。
优选的，数据拥有者将数据上传到云存储服务器的方式包括：数据拥有者直接将数据上传到云存储服务器或者数据拥有者将数据上传到低轨卫星区块链网络，由低轨卫星区块链网络将数据转发至云存储服务器。
优选的，所述资源特征值包括资源序列号、资源所属类别、资源大小、资源有效期和关键词。
进一步的，所述资源序列号的前两字节为数据拥有者的编号，接下来四字节为低轨卫星区块链网络接收到资源特征值时共识生成的微秒级时间戳，接下来一字节为随机数，最后四字节为云存储服务器返回的序列号。
进一步的，所述访问请求报文中包含访问请求属性。
优选的，所述访问请求属性包括数据访问者类型、信用等级和位置坐标。
优选的，低轨卫星区块链网络采用轻量化子证明方法对访问请求进行验证的过程包括：
S51：智能合约根据访问请求生成N个子证明；
S52：当前证明节点根据访问请求属性和访问控制策略验证当前子证明，验证通过后，将当前子证明压缩到访问请求，得到新访问请求并将新访问请求转发给下一个证明节点；
S53：下一个证明节点根据访问请求属性和访问控制策略验证下一个子证明，验证通过后，将下一个子证明压缩到访问请求，得到新访问请求并将新访问请求转发给下一个证明节点；
S54：重复执行步骤S53，直到N个证明节点均完成验证；最后一个证明节点将证明结果广播至所有节点，完成整个低轨卫星区块链网络的共识验证。
进一步的，子证明数量N的计算公式为：
其中，表示资源大小权重，表示访问请求属性数量，表示数据访问者 可信度权重，表示数据访问者信用等级，表示资源保密等级权重，表示资源 保密等级。
本发明的有益效果为：本发明充分结合低轨卫星以及区块链的优点，由于低轨卫星能够覆盖全球，并且能够较为方便的实现地面难以实现的防欺骗定位，将可信度极高的定位坐标作为属性加入到访问控制属性中，利用智能合约提供全球化数据共享过程中安全防欺骗、去中心化的访问控制。同时，考虑到传统智能合约验证开销较大，而低轨卫星网络计算资源较少，引入轻量化子证明方法。综上所述，本发明可实现全球化、去中心化、灵活性高、防欺骗、安全性高的细粒度访问控制。
附图说明
图1为本发明中基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法的步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，如图1所示，所述方法包括以下内容：
本发明的访问控制系统包括低轨卫星区块链网络、云存储服务器、数据拥有者以及数据访问者。其中低轨卫星区块链网络由低轨卫星组成，数据拥有者上传到云存储服务器的资源特征值与访问控制策略以事务的形式存储在低轨卫星区块链网络中，并且低轨卫星区块链网络负责对数据访问者的请求进行访问控制。云存储服务器放置在地面，提供大容量的存储，低轨卫星区块链网络可以为其提供全球化数据共享能力。
S1：数据拥有者将数据上传到云存储服务器。
数据拥有者将数据上传到云存储服务器的方式包括：数据拥有者直接将数据上传到云存储服务器或者数据拥有者将数据上传到低轨卫星区块链网络，由低轨卫星区块链网络自主将数据转发至云存储服务器。
S2：数据拥有者发布资源特征值和访问控制策略并存储在低轨卫星区块链网络中。
资源特征值包括资源序列号、资源所属类别、资源大小、资源有效期和关键词等， 其可根据数据拥有者需求进行灵活定义；其中，资源序列号不可重复，资源序列号的前两 字节为数据拥有者的编号，该编号由低轨卫星区块链网络共识赋予，不可重复；接下 来四字节为低轨卫星区块链网络接收到资源特征值时共识生成的微秒级时间戳，接下 来一字节为随机数，最后四字节为云存储服务器返回的经过分布式一致性校验的单调递 增的序列号，资源序列号可表示为：
访问控制策略由用户自定义，用户可以对访问者的各个属性进行范围限制，例如： 用户等级在1-3级，地理位置在某个省境内等。
其中，表示用户i的访问控制集合，表示用户i的地理位置 要求，表示用户i的等级要求。
S3：数据访问者根据资源特征值检索到需要访问的数据并发送访问请求报文。
数据访问者可根据资源特征值检索需要访问的数据，若检测到，可向低轨卫星区 块链网络发起访问请求即向向低轨卫星区块链网络发送访问请求报文；该访问请求报文中 含有访问请求属性；访问请求属性由智能合约定义，例如，可定义访问请求属性为数据访问 者类型、信用等级等，这些属性可以在用户（数据访问者）注册时自行定义或由系统设置，且 属性可根据访问者实际情况进行灵活定义，由于属性可能会随着时间和事件的变化而发生 变化，因此在智能合约中可实现属性管理和更新机制。访问请求属性集合可表示 为：
其中，n表示属性数量，表示第i种属性。
S4：低轨卫星区块链网络对数据访问者进行定位并将定位信息加入访问请求属性中。
低轨卫星区块链网络接收到访问请求报文后对数据访问者进行定位并将定位信 息加入访问请求属性中：
S5：低轨卫星区块链网络根据访问请求属性和访问控制策略，采用轻量化子证明方法对访问请求进行验证。
低轨卫星区块链网络根据智能合约采用轻量化子证明方法进行访问控制；在智能合约中，需要编写代码来解析访问请求并验证访问者的访问权限。对输入智能合约中的访问请求通过函数Readparse（）解析参数元组Attribute，获取访问请求属性。
遍历低轨卫星区块链网络中的策略事务，查找与请求资源（被访问数据） 相关的访问控制策略，存入可访问数据的访问控制集合中。
本发明采用轻量化子证明的方式进行验证，这种证明方式将区块链节点分为证明节点以及共识存储节点，并且将证明拆分成n个子证明，共识验证过程中，每个证明节点仅需验证一个子证明，而不需要进行完整验证，其过程如下：
S51：智能合约根据访问请求生成N个子证明。
若访问请求中有H个访问请求属性需要被验证，将访问请求拆分为N个子证明，其中，每个子证明仅需验证智能合约中的一部分访问请求属性和一个随机属性，从而降低验证开销并且保证验证的共识度。
智能合约根据访问请求采用subProofGenerate（）函数生成访问请求的子证明X1、X2....XN，子证明数量N即证明次数需要根据证明难度和被访问者的等级动态获取，N的计算公式如下：
其中，表示资源大小权重，表示访问请求属性数量，表示数据访问者 可信度权重，表示数据访问者信用等级，表示资源保密等级权重，表示资源 保密等级；、、和由管理人员在0-1之间按照需求进行自由调整。其中，访问者信用等 级根据用户投入网络的加密货币数量决定，投入越多信用等级越高；资源保密等级则由数 据拥有者在上传的时候自行决定。
S52：当前证明节点根据访问请求属性和访问控制策略验证当前子证明，验证通过后，将当前子证明压缩到访问请求，得到新访问请求并将新访问请求转发给下一个证明节点。
当前证明节点采用subProofVerify（）函数验证该节点的子证明Xi中的访问请求属性是否满足访问控制策略，若满足，则验证通过；验证通过后，将当前子证明的证明结果（即第i个节点证明后是否同意该访问请求的结论以及这是第i次证明的标识符）压缩到访问请求Yi头部，得到新访问请求Yi+1并将新访问请求转发给下一个证明节点。
S53：下一个证明节点根据访问请求属性和访问控制策略验证下一个子证明Xi+1，验证通过后，将下一个子证明压缩到访问请求，得到新访问请求并将新访问请求转发给下一个证明节点。
S54：重复执行步骤S53，直到N个证明节点均完成验证；最后一个证明节点将证明结果广播至所有节点，完成整个低轨卫星区块链网络的共识验证。其中，最后一个证明节点的证明结果为是否允许访问者访问该数据的结论。
S6：若验证成功，低轨卫星区块链网络从云存储服务器获取对应数据并转发给数据访问者，否则，低轨卫星区块链网络向数据访问者发送拒绝访问报文。
N个证明节点均完成验证表明访问请求验证成功，该数据访问者拥有数据访问权限；验证过程中只要有一个节点验证失败，则访问请求验证失败，该数据访问者无数据访问权限；若验证成功，低轨卫星区块链网络从云存储服务器获取对应数据并转发给数据访问者，否则，低轨卫星区块链网络向数据访问者发送拒绝访问报文。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，其特征在于，包括：
S1：数据拥有者将数据上传到云存储服务器；
S2：数据拥有者发布资源特征值和访问控制策略并存储在低轨卫星区块链网络中；
S3：数据访问者根据资源特征值检索到需要访问的数据并发送访问请求报文；
S4：低轨卫星区块链网络对数据访问者进行定位并将定位信息加入访问请求属性中；
S5：低轨卫星区块链网络根据访问请求属性和访问控制策略，采用轻量化子证明方法对访问请求进行验证，验证的过程包括：
S51：智能合约根据访问请求生成N个子证明；
S52：当前证明节点根据访问请求属性和访问控制策略验证当前子证明，验证通过后，将当前子证明压缩到访问请求，得到新访问请求并将新访问请求转发给下一个证明节点；
S53：下一个证明节点根据访问请求属性和访问控制策略验证下一个子证明，验证通过后，将下一个子证明压缩到访问请求，得到新访问请求并将新访问请求转发给下一个证明节点；
S54：重复执行步骤S53，直到N个证明节点均完成验证；最后一个证明节点将证明结果广播至所有节点，完成整个低轨卫星区块链网络的共识验证；子证明数量N的计算公式为：
其中，wl表示资源大小权重，lresourcesi表示访问请求属性数量，wp表示数据访问者可信度权重，Pa表示数据访问者信用等级，wm表示资源保密等级权重，mresourcesi表示资源保密等级；
S6：若验证成功，低轨卫星区块链网络从云存储服务器获取对应数据并转发给数据访问者，否则，低轨卫星区块链网络向数据访问者发送拒绝访问报文。
2.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，其特征在于，数据拥有者将数据上传到云存储服务器的方式包括：数据拥有者直接将数据上传到云存储服务器或者数据拥有者将数据上传到低轨卫星区块链网络，由低轨卫星区块链网络将数据转发至云存储服务器。
3.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，其特征在于，所述资源特征值包括资源序列号、资源所属类别、资源大小、资源有效期和关键词。
4.根据权利要求3所述的一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，其特征在于，所述资源序列号的前两字节为数据拥有者的编号，接下来四字节为低轨卫星区块链网络接收到资源特征值时共识生成的微秒级时间戳，接下来一字节为随机数，最后四字节为云存储服务器返回的序列号。
5.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，其特征在于，所述访问请求报文中包含访问请求属性。
6.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星网络的轻量化智能合约访问控制方法，其特征在于，所述访问请求属性包括数据访问者类型、信用等级和位置坐标。
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