CN117440019B - 一种基于区块链的实验室物联网方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的实验室物联网方法与系统，方法包括：通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；通过功能划分将物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；通过物理加密对所有子网络加密，物理加密包括芯片识别和序列号识别；通过总线连接各子网络的物联网节点然后通过区块链节点连接互联网；区块链节点对实验设备子网络进行加密，互联网和实验室内设置有报警单元。本发明通过只对需要数据保密的子网络进行区块链技术加密，减少带宽和计算资源的消耗，提高效率，通过同时设置在互联网和实验室并连接环境监测系统子网络和安全系统子网络的报警单元完善实验室的报警方式。

Description

一种基于区块链的实验室物联网方法与系统
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种基于区块链的实验室物联网方法与系统。
背景技术
随着物联网技术和互联网技术的发展，实验室已经可以经全部实验室设备和各类传感监测设备进行联网管理，因此区别于传统实验室的断网保密的新型保密需求应运而生。
在互联网时代，实验室的保密需要防止实验室的保密数据通过网络直接流出实验室。如专利CN116226939B通过区块链技术结合物联网技术，在实验室所有物联网节点和网络连接的途径上设置区块链节点，通过区块链技术去中心化、分布式存储、数据不可篡改、数据可追溯等特点在物联网节点和网络之间传输的数据进行加密。
但是，这种保密方式需要所有实验室数据的保密都完全通过区块链技术进行，原本存储在一个或几个中心节点的数据，在区块链系统上需要在全网所有节点都有一个完整的备份，为此需要消耗大量的带宽和存储资源。为保证数据的一致性，还需要所有节点进行一致性验证，为此还需要消耗大量的带宽和计算资源，效率较低。且整个系统没有设置报警装置，对于非网络入侵手段防护不完善。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于区块链的实验室物联网方法与系统，用以解决现有技术中区块链系统需要消耗大量的带宽和计算资源，效率较低，对于非网络入侵手段防护不完善的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种基于区块链的实验室物联网方法，包括：
通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；
通过功能划分将所述物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；
通过物理加密对所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络物理加密，所述物理加密包括芯片识别和序列号识别；
通过总线连接各所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络的物联网节点；
将所述总线通过区块链节点连接互联网；
所述区块链节点对所述实验设备子网络进行加密，所述加密方式是采用非对称加密算法生成数字签名并进行数据加密；
所述互联网和所述实验室内设置有报警单元。
在一种可能的实现方式中，所述安全系统子网络包括实验室门禁系统和实验室监控系统的所有物联网设备和传感器，所述实验室门禁系统通过芯片的方式进行出入验证，所述安全系统子网络连接所述报警单元。
在一种可能的实现方式中，所述环境监测系统子网络包括实验室内用于环境监测的所有传感器，所述环境监测系统子网络连接所述报警单元。
在一种可能的实现方式中，所述实验设备子网络包括所述实验室所有的实验室设备和仪器，所述实验室设备和仪器的通信接口只识别固定的多个存储设备的设备序列号。
在一种可能的实现方式中，在将所述总线通过区块链节点连接互联网之后还包括：
通过所述互联网连接用户终端。
另一方面，本发明实施例提供了一种基于区块链的实验室物联网系统，包括：
物联网划分模块，用于通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；通过功能划分将所述物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；
设备加密模块，用于通过物理加密对所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络物理加密，所述物理加密包括芯片识别和序列号识别；
总线模块，用于通过总线连接各所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络的物联网节点；
区块链模块，用于将所述总线通过区块链节点连接互联网；所述区块链节点对所述实验设备子网络进行加密，所述加密方式是采用非对称加密算法生成数字签名并进行数据加密；
报警模块，用于在所述互联网上和所述实验室内设置报警单元。
在一种可能的实现方式中，所述报警单元同时设置在所述实验室和所述互联网上并连接所述物联网划分模块的环境监测子网络和安全系统子网络。
在一种可能的实现方式中，所述互联网上的所述报警单元用于通过所述互联网将报警信息进行信号广播，所述实验室的所述报警单元用于将所述报警信息在所述实验室进行音频广播。
本发明中的一种基于区块链的实验室物联网方法与系统，具有以下优点：
（1）通过只对需要数据保密的子网络进行区块链技术加密，其他所述子网络物理加密的方式，减少带宽和计算资源的消耗，提高效率。
（2）通过同时设置在互联网和实验室并连接环境监测系统子网络和安全系统子网络的报警单元完善实验室的报警方式。
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为本发明实施例提供的一种基于区块链的实验室物联网方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于区块链的实验室物联网系统的示意图。
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。
图1为本发明实施例提供的一种基于区块链的实验室物联网方法的流程图；本发明实施例提供了一种基于区块链的实验室物联网方法，包括：
通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；
通过功能划分将所述物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；
通过物理加密对所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络物理加密，所述物理加密包括芯片识别和序列号识别；
通过总线连接各所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络的物联网节点；
将所述总线通过区块链节点连接互联网；
所述区块链节点对所述实验设备子网络进行加密，所述加密方式是采用非对称加密算法生成数字签名并进行数据加密；
所述互联网和所述实验室内设置有报警单元；
所述安全系统子网络包括实验室门禁系统和实验室监控系统的所有物联网设备和传感器，所述实验室门禁系统通过芯片的方式进行出入验证，所述安全系统子网络连接所述报警单元，所述环境监测系统子网络包括实验室内用于环境监测的所有传感器，所述环境监测系统子网络连接所述报警单元，所述实验设备子网络包括所述实验室所有的实验室设备和仪器，所述实验室设备和仪器的通信接口只识别固定的多个存储设备的设备序列号，在将所述总线通过区块链节点连接互联网之后还包括：通过所述互联网连接用户终端。
示例性的，如图1所示，所述实验室的所有物联网设备先按照功能的不同划分为多个子网络，比如实验设备子网络、安全系统子网络、环境监测系统子网络等，然后通过总线将所有所述子网络进行连接，再通过区块链技术将总线与互联网进行连接，其中所述区块链技术只加密所述实验室的多个所述子网络中关于实验室设备和仪器的子网络的信息数据，其他所述子网络的保密通过物理的方式进行，如通过识别芯片和特定的设备序列号等。
所述区块链节点设置有多个，多个所述区块链节点将实验室设备的所述子网络的数据信息广播至所有区块链节点，通过共识机制达成共识，将所述实验室设备的所述子网络的操作事件记录在新区块中，确保设备的操作历史可以追溯。区块链节点将总线上传的数据进行广播，其他区块链节点接收数据后，使用总线的公钥解密数字签名，验证数据的正确性和真实性，将数据存储在本地数据库中，并转发给下一个区块链节点。每个区块链节点接收其他区块链节点的数据后，进行工作量证明运算，最先完成运算的节点获得生成新区块的权利。
新区块的内容包括区块头和区块体。区块头包括父区块头哈希值、Merkle树根值、时间戳、区块大小、难度目标值与随机数值，通过时间戳标识新区块的生成时间，实现历史数据的追溯。难度目标值调节区块链节点生成新区块的时间，确保新区块的产生符合设定的时间间隔。
区块体中的数据内容为总线获取所述实验室设备的所述子网络的数据，数据格式包括时间戳、所述实验室设备的ID和各参数值。这样的数据结构便于在区块链上进行存储和查询。
用户终端获取所述实验室设备得到的参数数据时，总线按照预设的时间周期向所述实验室设备下发查询命令，以获取特定时刻实验室内的所述实验室设备的数据参数，同时也获取所述实验室设备的工作状态参数。所述实验室设备收到查询命令后，采集所需数据并回传给总线。
图2为本发明实施例提供的一种基于区块链的实验室物联网系统的示意图；本发明实施例提供了一种基于区块链的实验室物联网系统，包括：
物联网划分模块，用于通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；通过功能划分将所述物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；
设备加密模块，用于通过物理加密对所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络物理加密，所述物理加密包括芯片识别和序列号识别；
总线模块，用于通过总线连接各所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络的物联网节点；
区块链模块，用于将所述总线通过区块链节点连接互联网；所述区块链节点对所述实验设备子网络进行加密，所述加密方式是采用非对称加密算法生成数字签名并进行数据加密；
报警模块，用于在所述互联网上和所述实验室内设置报警单元；
所述报警单元同时设置在所述实验室和所述互联网上并连接所述物联网划分模块的环境监测子网络和安全系统子网络，所述互联网上的所述报警单元用于通过所述互联网将报警信息进行信号广播，所述实验室的所述报警单元用于将所述报警信息在所述实验室进行音频广播。
示例性的，所述报警模块包括在所述互联网上和所述实验室内设置报警单元，所述报警单元同时设置在所述实验室和所述互联网上并连接所述物联网划分模块的环境监测子网络和安全系统子网络，当所述物联网划分模块的环境监测子网络和安全系统子网络的物理保密被触发时，所述报警模块同时通知所述互联网上的所述报警单元和所述实验室的所述报警单元进行报警，报警触发的条件包括环境监测子网络和安全系统子网络检测异常，所述区块链模块设置有多个区块链节点，多个所述区块链节点具有共识机制。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于区块链的实验室物联网方法，其特征在于，包括：
通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；
通过功能划分将所述物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；
通过物理加密对所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络物理加密，所述物理加密包括芯片识别和序列号识别；
通过总线连接各所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络的物联网节点；
将所述总线通过区块链节点连接互联网；
所述总线与所述区块链节点之间采用非对称加密算法生成数字签名并进行数据加密；
将所述互联网连接用户终端；
所述区块链节点对所述实验设备子网络进行加密，并且通过多个区块链节点将所述实验设备子网络的数据信息广播至所有区块链节点，通过共识机制达成共识，将所述实验设备子网络的操作事件记录在新区块中，区块链节点将总线上传的数据进行广播，其他区块链节点接收数据后，使用总线的公钥解密数字签名，验证数据的正确性和真实性，每个所述区块链节点接收其他区块链节点的数据后，进行工作量证明运算，最先完成运算的节点获得生成新区块的权利，所述新区块的内容包括区块头和区块体，所述区块体中的数据内容为所述总线获取所述实验室设备子网络的数据信息，数据格式包括时间戳、所述实验室设备的ID和各参数值，所述用户终端获取实验室设备仪器的参数数据时，所述总线按照预设的时间周期向所述实验室设备仪器下发查询命令，以获取指定时刻的实验室内的所述实验室设备仪器的参数数据，同时也获取所述实验室设备仪器的工作状态参数，所述实验室设备仪器收到查询命令后，采集所需数据并回传给所述总线；
所述互联网和所述实验室内设置有报警单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的实验室物联网方法，其特征在于，所述安全系统子网络包括实验室门禁系统和实验室监控系统的所有物联网设备和传感器，所述实验室门禁系统通过芯片的方式进行出入验证，所述安全系统子网络连接所述报警单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的实验室物联网方法，其特征在于，所述环境监测系统子网络包括实验室内用于环境监测的所有传感器，所述环境监测系统子网络连接所述报警单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的实验室物联网方法，其特征在于，所述实验设备子网络包括所述实验室所有的实验室设备和仪器，所述实验室设备和仪器的通信接口只识别固定的多个存储设备的设备序列号。
5.一种基于区块链的实验室物联网系统，其特征在于，包括：
物联网划分模块，用于通过实验室的实验室设备和传感器建立实验室的物联网；通过功能划分将所述物联网划分为实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络；
设备加密模块，用于通过物理加密对所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络物理加密，所述物理加密包括芯片识别和序列号识别；
总线模块，用于通过总线连接各所述实验设备子网络、安全系统子网络和环境监测系统子网络的物联网节点，将所述总线通过区块链节点连接互联网；所述总线与所述区块链节点之间采用非对称加密算法生成数字签名并进行数据加密；
用户终端模块，用于将所述互联网连接用户终端；
区块链模块，用于所述区块链节点对所述实验设备子网络进行加密，并且通过多个区块链节点将所述实验设备子网络的数据信息广播至所有区块链节点，通过共识机制达成共识，将所述实验设备子网络的操作事件记录在新区块中，区块链节点将总线上传的数据进行广播，其他区块链节点接收数据后，使用总线的公钥解密数字签名，验证数据的正确性和真实性，每个所述区块链节点接收其他区块链节点的数据后，进行工作量证明运算，最先完成运算的节点获得生成新区块的权利，所述新区块的内容包括区块头和区块体，所述区块体中的数据内容为所述总线获取所述实验室设备子网络的数据信息，数据格式包括时间戳、所述实验室设备的ID和各参数值，所述用户终端获取实验室设备仪器的参数数据时，所述总线按照预设的时间周期向所述实验室设备仪器下发查询命令，以获取指定时刻的实验室内的所述实验室设备仪器的参数数据，同时也获取所述实验室设备仪器的工作状态参数，所述实验室设备仪器收到查询命令后，采集所需数据并回传给所述总线；
报警模块，用于在所述互联网上和所述实验室内设置报警单元。
6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的实验室物联网系统，其特征在于，所述报警单元同时设置在所述实验室和所述互联网上并连接所述物联网划分模块的环境监测子网络和安全系统子网络。
7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的实验室物联网系统，其特征在于，所述互联网上的所述报警单元用于通过所述互联网将报警信息进行信号广播，所述实验室的所述报警单元用于将所述报警信息在所述实验室进行音频广播。
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基于物联网技术的军队院校实验室管理探究;马国胜;杨鹭怡;;实验室研究与探索;20150315(03);全文 *
新时代海关实验室信息化管理平台的研究探索;韩晶;汪万春;乔彩霞;黄建宇;谷玥婵;陆丽华;质量安全与检验检测;20211231;31(004);全文 *

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