CN117938509A - 一种基于Hyperledger Fabric联盟链的中药产线数据加密及存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及区块链技术领域,具体涉及一种基于Hyperledger Fabric联盟链的中药产线数据加密及存储方法。本发明包括如下步骤:通过中药产线车间智能设备采集数据,包括生产订单数据、工艺参数、设备故障数据;创建一种基于Hyperledger Fabric联盟链的,并创建不同业务通道;在区块链网络中创建节点,将各业务节点加入对应通道,实际业务相对应的智能合约安装并运行到各节点中;数据传输发起交易,各数据采用椭圆曲线加密算法并生成hash值作为数据区块写入区块链账本,认证节点根据共识协议共识该区块封装的交易和数据正确性,共识完成则将数据区块更新到区块链上;在整个网络中,每个节点都具备访问和检查信息的权限,当有用户需要查看加密数据时,节点向数据所有者提出请求,请求获得访问特定数据的许可或授权。数据所有者对节点的请求进行验证,并决定是否授权访问权限。本发明通过椭圆曲线加密算法、智能合约以及分布式共识协议等技术手段,保证了中药产线数据的安全性、隐私性和完整性。
Description
技术领域
本发明区块链技术领域,尤其涉及一种基于Hyperledger Fabric联盟链的中药产线数据加密及存储方法。
背景技术
区块链是一种去中心化、不可篡改、可追溯的分布式账本,Hyperledger Fabric是Linux基金会旗下的开源项目,其区块链框架基于分布式账本技术,旨在满足企业级应用的需求。其核心特点包括模块化架构、智能合约(Chaincode)概念、可插拔的共识机制以及强大的身份管理和权限控制。通过采用可配置的通道机制,Fabric实现了数据隔离和隐私性,并支持高度可扩展的水平扩展。安全性得到保障,采用了多层次的安全措施,包括基于TLS的加密通信、共识算法防止双花攻击、身份验证和访问管理。为企业搭建可信、高效、安全的区块链解决方案。
中药产线数据加密及存储方法是指对产线数据(包括生产订单数据、工艺参数、设备故障数据)进行加密处理和安全存储的管理方式。该方法涵盖了产线数据的采集、加密处理、存储和验证等关键过程,旨在确保中药产线数据的安全性、可追溯性和一致性,从而支持产线管理、监管和数据溯源的应用。当前,中药生产行业面临着数据存储和管理的挑战。传统的中心化数据库存储方式容易受到数据篡改、数据丢失以及数据安全性问题的影响。因此,采用加密及存储方法有助于克服这些挑战,提高数据的可信度和整体安全性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足,提供一种基于Hyperledger Fabric联盟链的中药产线数据加密及存储方法。该方法采用椭圆曲线加密技术和哈希算法对数据进行安全加密,结合智能合约和分布式共识协议,有效约束所有参与节点的行为。在用户需要访问特定数据时,节点代表用户向拥有该数据的数据所有者节点发起请求。数据所有者在验证请求中的信息时,包括用户标识、数据标识以及请求的目的,以确保安全的数据访问。通过这种方式,本方法旨在提供一套安全可靠的中药产线数据管理解决方案,以满足对数据隐私性和完整性的高要求。
本申请提供了一种基于Hyperledger Fabric联盟链的中药产线数据加密及存储方法,包括以下步骤:
步骤S1:通过中药产线车间智能设备采集数据,包括生产订单数据、工艺参数、设备故障数据,确保数据收集的全面性和准确性;
步骤S2:建立基于Hyperledger Fabric的联盟链,并创建不同业务通道,以确保灵活且安全的数据传输与管理;
步骤S3:在区块链网络中创建节点,并将节点有序加入通道,根据实际业务要求,在各节点上安装并成功运行相应的智能合约,以实现智能化的业务逻辑;
步骤S4:在数据传输阶段,采用椭圆曲线加密算法对各类数据进行加密处理,生成唯一的hash值,作为数据区块写入Hyperledger Fabric区块链账本。认证节点根据共识协议对该区块封装的交易和数据正确性进行共识验证,确保数据的安全性和一致性。一旦共识完成,数据区块将被成功更新到区块链上,确保数据的不可篡改性。
步骤S5:在整个区块链网络中,每个节点均被赋予访问和检查信息的权限。当用户需要查看加密数据时,节点会向数据所有者发起请求,请求获得访问特定数据的授权。数据所有者对节点请求进行验证,并根据事先设定的授权策略,决定是否授予访问权限。保障数据的安全性和隐私性,确保只有经过验证和授权的节点才能获取特定数据的访问权限。
本发明通过椭圆曲线加密技术对中药产线数据进行加密,以确保数据的机密性和安全性。经过加密处理的数据被安全地存储在区块链中。由于区块链的分布式性质和椭圆曲线加密算法的强度,数据变得极为难以被篡改或窃取。利用区块链技术,历史产线数据被存储在分布式区块链中,从而确保数据的不可篡改性和永久性。这一创新性的方法保障了中药产线数据的安全可靠存储,为数据的完整性和长期保存提供了可靠的解决方案。
利用区块链的共识机制对数据进行一致性验证,确保区块链网络中的各个节点存储的产线数据保持一致。这可以避免数据冲突、重复或错误,并提高数据的可信度和可靠性,当用户需要查看加密数据时,节点会向数据所有者发起请求,请求获得访问特定数据的授权。数据所有者对节点请求进行验证,并根据事先设定的授权策略,决定是否授予访问权限。这一流程保障了数据的安全性和隐私性,确保只有经过验证和授权的节点才能获取特定数据的访问权限。这种全面的安全措施不仅确保了数据的完整性,还保护了用户隐私,为数据共享提供了强大的安全保障。
优选地,所述步骤S2中,创建Hyperledger Fabric的联盟链包括如下小步:
步骤S21:根据不同业务生成组织配置文件crypto-config.yaml,定义了网络中的组织结构,指定了生成的证书和密钥的存储位置,包括各个组织、节点和用户的证书、私钥等信息;
步骤S22:利用cryptogen工具调用命令使用crypto-config.yaml文件中的配置信息,根据定义生成组织的加密材料;
步骤S23:创建网络配置文件configtx.yaml,该文件定义了通道、组织、节点等各种网络组件的配置信息,根据configtx.yaml文件生成初始的创世区块和通道配置交易。
优选地,所述步骤S3中,将各业务节点加入对应通道,实际业务相对应的智能合约安装并运行到各节点中,包括如下内容:
步骤S31:从创建通道的节点向其他业务节点发送邀请,使用channel join命令让其他节点加入通道,然后等待节点确认;
步骤S32:开发并测试目标业务的智能合约,确保合约满足业务逻辑需求。使用peer lifecycle chaincode package命令将智能合约打包成安装包。使用peer lifecyclechaincode install命令在每个节点上安装智能合约,将打包好的智能合约安装包传递给各节点;
步骤S33:在通道上实例化智能合约,配置合约的初始参数,并确保每个通道都有相应的智能合约实例。各节点需要同步智能合约的定义和配置信息,确保通道上的智能合约正确安装。
这些优选步骤基于Hyperledger Fabric提供的命令行工具,确保了业务通道的正确创建、节点的加入、智能合约的安装和实例化。这为后续的业务操作和交易提供了坚实的基础。
优选地,所述步骤S4中,加密数据包括如下小步:
步骤S41:使用椭圆曲线加密算法生成一对密钥,包括公钥Kpub和私钥Kpriv,对每个数据项Mi使用椭圆曲线加密算法进行加密。加密的过程使用ECC加密公式:
Ci=ki*G+Mi
其中:
Ci是加密后的点,表示密文;
ki是一个随机数,称为加密密钥;
G是椭圆曲线上的基点;
Mi是待加密的点,表示明文;
步骤S42:对加密后的数据Ci应用SHA-256哈希算法,生成唯一的哈希值Hi。哈希值的生成确保了数据的唯一性和不可逆性;
步骤S43:将加密后的数据Ci和生成的哈希值Hi封装成一个数据交易,传输到区块链网络中的其他节点。
步骤S44:认证节点在区块链网络中根据共识协议对当前区块内封装的交易和数据的正确性进行验证。使用EtcdRaft共识协议,确保交易的合法性和数据的一致性,当数据写入到Etcd中,它会在Raft集群中进行复制和共识,当Raft集群中的大多数节点同意将事务添加到Etcd存储中,共识完成,Etcd集群的每个节点都会更新其存储的数据;
随着共识的成功达成,数据区块将被顺利更新到区块链上。一旦数据被写入区块链,就成为了永久的、不可逆转、可追溯的记录。
优选地,所述步骤S5中,用户需要查看加密数据包括如下步骤:
步骤S51:当用户访问数据时,节点代表用户向拥有特定数据的数据所有者节点发送请求,请求访问该数据。数据所有者验证请求中的信息,包括用户标识、数据标识以及请求的目的;
步骤S52:数据所有者节点对节点的请求进行身份验证,确保请求来自合合法的节点。数据所有者根据验证的信息和事先设定的授权策略,决定是否授权节点访问特定数据;
步骤S53:允许访问账本后,申请用户利用私钥将密钥解密,利用密钥通过智能合约将账本进行解密,从而获取原文。最后对本次访问信息进行链上记录。
本发明的有益效果是:
(1)采用椭圆曲线加密方法对中药产线数据进行加密处理,包括生产订单数据、工艺参数、设备故障数据,确保敏感的产线数据在存储和传输过程中的安全性和保密性。
(2)基于Hyperledger Fabric区块链技术构建中药产线数据分布式账本,将历史产线数据存储在区块链中。每个区块包含了前一个区块的哈希值,保证了数据的完整性和不可篡改性。任何对于已存储的数据的修改将导致哈希值的变化,因此可以轻易地检测到数据算改。这为数据的长期保存提供了可靠的解决方案,防止数据的冲突、重复或错误。
(3)利用共识机制和验证节点的参与,对中药产线数据分布式区块链进行数据验证和一致性验证,摆脱了对单一的中心化服务器的依赖。共识协议将数据同步至所有区块链网络中的节点,这种去中心化和分布式存储的特性提高了系统的稳定性和抗攻击能力。
(4)在整个区块链网络中,每个节点均被赋予访问信息的权限,数据所有者根据验证的信息和事先设定的授权策略,决定是否授权节点访问特定数据;加密数据经过所有者同意并授权用户后,再由上层业务系统对加密数据解密,保证了整个交互过程的数据安全和管理有效性。通过这一数据管理解决方案,有助于提高生产线的效率,这一创新对于制造业数据安全具有极高的实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为一实施例的Hyperledger Fabric联盟链的数据加密存储方法的步骤流程图;
图2为一实施例的步骤S3的步骤流程图;
图3为一实施例的步骤S4的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
此外,附图仅为本发明的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体,不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器方法和/或微控制器方法中实现这些功能实体。
请参阅图1至图3,本申请提供了一种基于Hyperledger Fabric联盟链的数据加密存储方法,包括以下步骤:
步骤S1:通过中药产线车间智能设备采集数据,包括生产订单数据、工艺参数、设备故障数据;
具体地,例如使用传感器装置监控设备等来实时监测生产加工线运行数据等数据,将采集到的数据记录下来。
步骤S2:创建一种基于Hyperledger Fabric的联盟链,并创建不同业务通道;
具体地,通过Hyperledger Fabric提供的命令行工具以及根据不同业务生成组织配置文件crypto-config.yaml,定义网络中的组织结构,创建网络配置文件configtx.yaml,定义通道、组织、节点等各种网络组件的配置信息,并生成初始的创世区块和通道配置交易。
步骤S3:在区块链网络中创建节点,将各业务节点加入对应通道,实际业务相对应的智能合约安装并运行到各节点中;
具体地,基于Hyperledger Fabric提供的命令行工具,确保业务通道的正确创建、节点的加入、智能合约的安装和实例化。
步骤S4:数据传输发起交易,各数据采用椭圆曲线加密算法并生成hash值作为数据区块写入区块链账本,认证节点根据共识协议共识该区块封装的交易和数据正确性,共识完成则将数据区块更新到区块链上;
具体地,例如采用椭圆曲线加密算法对传感器获取的生产加工线运行数据进行加密,并借助哈希算法生成唯一的哈希值,以确保数据的安全性和加密性。随后,将密文和哈希值组合成数据交易,并写入分布式账本。认证节点在根据EtcdRaft共识协议验证数据的一致性,最终将数据区块顺利更新至区块链
步骤S5:在整个网络中,每个节点都具备访问和检查信息的权限,当有用户需要查看加密数据时,节点向数据所有者提出请求,请求获得访问特定数据的许可或授权。数据所有者对节点的请求进行验证,并决定是否授权访问权限。
具体地,每个区块链节点被授权访问信息,数据所有者根据验证信息和预设的授权策略来裁定是否授权节点访问特定数据。仅在数据所有者同意并授权用户后,允许访问账本后,申请用户利用私钥将密钥解密,利用密钥通过智能合约将账本进行解密,从而获取原文。最后对本次访问信息进行链上记录。
优选地,步骤S2具体为:
步骤S21:根据不同业务生成组织配置文件crypto-config.yaml,定义了网络中的组织结构,指定了生成的证书和密钥的存储位置,包括各个组织、节点和用户的证书、私钥等信息;
步骤S22:利用cryptogen工具调用命令使用crypto-config.yaml文件中的配置信息,根据定义生成组织的加密材料;
步骤S23:创建网络配置文件configtx.yaml,该文件定义了通道、组织、节点等各种网络组件的配置信息,根据configtx.yaml文件生成初始的创世区块和通道配置交易。
优选地,步骤S3具体为:
步骤S31:从创建通道的节点向其他业务节点发送邀请,使用channel join命令让其他节点加入通道,然后等待节点确认;
步骤S32:开发并测试目标业务的智能合约,确保合约满足业务逻辑需求。使用peer lifecycle chaincode package命令将智能合约打包成安装包。使用peer lifecyclechaincode install命令在每个节点上安装智能合约,将打包好的智能合约安装包传递给各节点;
步骤S33:在通道上实例化智能合约,配置合约的初始参数,并确保每个通道都有相应的智能合约实例。各节点需要同步智能合约的定义和配置信息,确保通道上的智能合约正确安装。
优选地,步骤S4具体为:
步骤S41:使用椭圆曲线加密算法生成一对密钥,包括公钥Kpub和私钥Kpriv,对每个数据项Mi使用椭圆曲线加密算法进行加密。加密的过程使用ECC加密公式:
Ci=ki*G+Mi
其中:
Ci是加密后的点,表示密文;
ki是一个随机数,称为加密密钥;
G是椭圆曲线上的基点;
Mi是待加密的点,表示明文;
步骤S42:对加密后的数据Ci应用SHA-256哈希算法,生成唯一的哈希值Hi。哈希值的生成确保了数据的唯一性和不可逆性;
步骤S43:将加密后的数据Ci和生成的哈希值Hi封装成一个数据交易,传输到区块链网络中的其他节点。
步骤S44:认证节点在区块链网络中根据共识协议对当前区块内封装的交易和数据的正确性进行验证。使用EtcdRaft共识协议,确保交易的合法性和数据的一致性,当数据写入到Etcd中,它会在Raft集群中进行复制和共识,当Raft集群中的大多数节点同意将事务添加到Etcd存储中,共识完成,Etcd集群的每个节点都会更新其存储的数据;
优选地,步骤S5具体为:
步骤S51:当用户访问数据时,节点代表用户向拥有特定数据的数据所有者节点发送请求,请求访问该数据。数据所有者验证请求中的信息,包括用户标识、数据标识以及请求的目的;
步骤S52:数据所有者节点对节点的请求进行身份验证,确保请求来自合合法的节点。数据所有者根据验证的信息和事先设定的授权策略,决定是否授权节点访问特定数据;
步骤S53:允许访问账本后,申请用户利用私钥将密钥解密,利用密钥通过智能合约将账本进行解密,从而获取原文。最后对本次访问信息进行链上记录。
本发明的有益效果在于:通过椭圆曲线加密方法确保了中药产线数据的安全性和保密性,包括对生产订单、生产线运行数据、工艺参数、设备故障数据和现场监控视频等敏感信息的加密处理。利用Hyperledger Fabric区块链技术建构的中药产线数据分布式账本,每个区块包含前一个区块的哈希值,保障了数据的完整性和不可篡改性,有效防止数据冲突、重复或错误。通过共识机制和验证节点的参与,实现对中药产线数据的分布式验证和一致性验证,摆脱对单一中心化服务器的依赖,提升系统的稳定性和抗攻击能力。每个节点在整个区块链网络中被授予访问信息的权限,数据所有者根据验证和预设的授权策略决定是否授予节点对特定数据的访问权限。加密数据在数据所有者同意并授权用户后,由上层业务系统解密,确保整个交互过程的数据安全和管理有效性。这一数据管理解决方案有助于提高生产效率,在制造业数据安全和生产工程方面具有重要的实际价值。
因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附申请文件而不是上述说明限定,因此旨在将落在申请文件的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种基于Hyperledger Fabric联盟链的中药产线数据加密及存储方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤S1:通过中药产线车间智能设备采集数据,包括生产订单数据、工艺参数、设备故障数据;
步骤S2:创建一种基于Hyperledger Fabric的联盟链,并创建不同业务通道;
步骤S3:在区块链网络中创建节点,将各业务节点加入对应通道,实际业务相对应的智能合约安装并运行到各节点中;
步骤S4:数据传输发起交易,各数据采用椭圆曲线加密算法并生成hash值作为数据区块写入区块链账本,认证节点根据共识协议共识该区块封装的交易和数据正确性,共识完成则将数据区块更新到区块链上;
步骤S5:在整个网络中,每个节点都具备访问和检查信息的权限,当有用户需要查看加密数据时,节点向数据所有者提出请求,请求获得访问特定数据的许可或授权,数据所有者对节点的请求进行验证,并决定是否授权访问权限。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2具体为:
步骤S21:根据不同业务生成组织配置文件crypto-config.yaml,定义了网络中的组织结构,指定了生成的证书和密钥的存储位置,包括各个组织、节点和用户的证书、私钥等信息;
步骤S22:利用cryptogen工具调用命令使用crypto-config.yaml文件中的配置信息,根据定义生成组织的加密材料;
步骤S23:创建网络配置文件configtx.yaml,该文件定义了通道、组织、节点等各种网络组件的配置信息,根据configtx.yaml文件生成初始的创世区块和通道配置交易。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S4具体为:
步骤S41:对采集到的数据进行椭圆曲线加密:
明文数据=D(加密后数据,私钥);
步骤S42:对加密后的数据生使用哈希函数SHA-256生成哈希值:
哈希值=Hash(加密后数据);
将加密的数据和生成的哈希值封装成一个交易,该交易包含发送方、接收方、数据和哈希值等信息;
步骤S43:认证节点收到交易后,将其封装到一个数据区块中,该区块还包含其他先前的交易,这个数据区块准备好被写入区块链,认证节点安装与业务相关的智能合约,其智能合约定义了数据写入的规则和条件;
步骤S44:使用EtcdRaft共识协议,当数据写入到Etcd中,它会在Raft集群中进行复制和共识,当Raft集群中的大多数节点同意将事务添加到Etcd存储中,共识完成,Etcd集群的每个节点都会更新其存储的数据。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S5具体为:
步骤S51:节点代表用户向拥有特定数据的数据所有者节点发送请求,请求访问该数据,数据所有者验证请求中的信息,包括用户标识、数据标识以及请求的目的;
步骤S52:数据所有者节点对节点的请求进行身份验证,确保请求来自合法的节点,数据所有者根据验证的信息和事先设定的授权策略,决定是否授权节点访问特定数据;
步骤S53:允许访问账本后,申请用户利用密钥通过智能合约将账本进行解密,从而获取原文;最后对本次访问信息进行链上记录。
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