本发明专利技术涉及信息管理技术领域,目的在于设计一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法。首先,提出了一种基于双账本的物联网数据存储与共享模型,该模型构建了IOTA账本和区块链账本的双账本结构;其次,利用IOTA的资源需求低且高吞吐量的特点,提高了系统的存储性能;然后,通过部署边缘服务器进行物联网数据预处理并实行分布式存储,优化了系统的存储资源;最后,提出了改进的DPoS共识算法,解决了传统DPoS节点投票不积极和恶意节点贿赂问题,增加了共享数据的安全性。本发明专利技术能够提高系统的工作效率和数据的安全性,更好地实现物联网数据的存储与共享。据的存储与共享。据的存储与共享。
【技术实现步骤摘要】
一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法
[0001]本专利技术涉及信息管理
,具体为一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法。
技术介绍
[0002]物联网系统通常产生海量数据,且不同主体之间还存在数据协同,数据存储和数据共享问题。近年来,随着物联网等新兴技术不断兴起,助推了智慧城市的发展。智慧城市包括了数以万计的感知设备、大量的网络基础设施以及智能信息处理和控制系统。中心化网络结构的智慧城市信息系统存在着安全性低、隐私泄露和扩展性能差等问题。区块链的去中心化、防篡改和可溯源等优点对解决当前物联网数据存储和共享的安全问题提供了解决方案,但区块链与物联网的结合尚存在一些技术问题,比如存储膨胀、性能低和设备资源受限等问题。而另一种基于有向无环图结构的IOTA分布式账本技术,其本身的数据防篡改、零值交易、资源需求低和高度可扩展等优点,能够很好的适配资源受限的物联网设备。
[0003]基于此,专利技术人在专利一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法中设计了一种基于双账本的物联网数据存储与共享模型,提出了改进的DPoS共识算法,解决了传统数据库方案的安全性低和扩展性能差问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了解决传统物联网数据库的单点故障风险,引入分布式账本技术,通过边缘服务器对感知数据进行预处理,将计算任务分配到边缘。然后,利用新型分布式账本技术IOTA Tangle网络的零值交易和掩码认证传输分布式存储大量底层的感知数据,利用区块链账本技术存储预处理后的物联网数据报告和数据摘要。最后,提出了一种改进的基于声誉的DPoS共识算法,根据声誉大小和投票分数选择区块链记账节点。并利用新的奖励机制提高其他节点的投票积极性,避免发生投票率低或者无人投票等情况。
[0005]一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法,包括以下几个步骤:
[0006](1)物联网感知设备初始化生成公钥和私钥;
[0007](2)系统管理员启动一个记录已授权物联网感知设备公钥PK的交易来管理底层物联网感知设备(add/delete);
[0008](3)物联网感知设备对目标状态进行监测;
[0009](4)物联网感知设备通过无线通信(NB
‑
IOT/5G)向边缘服务器发送相关数据;
[0010](5)边缘服务器接收物联网感知设备的原始数据以进一步将其连接到Tangle网络,然后对其进行处理分析并定期生成总结报告;
[0011](6)边缘服务器将分析报告与相关的数据摘要通过Internet发送至相邻的其他边缘服务器,经过一轮共识后同步到区块链;
[0012](7)系统管理员获取区块链中的物联网数据报告和数据摘要;
附图说明
[0013]图1为本专利技术一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法的框架图。
[0014]图2为本专利技术一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法的数据流图。
[0015]图3为本专利技术的共识算法在同一轮投票中不同声誉值的节点所获得总赞成票数和总得票数的比较的结果图。
[0016]图4为本专利技术的共识算法在200轮的投票实验中不同类型的节点的总得票数Tv的变化趋势结果图。
[0017]图5为本专利技术的共识算法的不同类型节点在100次交易中的RC值变化趋势结果图。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的,技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0019]本专利技术涉及信息管理
,具体为一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法。如图1所示,一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法,包括以下步骤:
[0020](1)物联网感知设备初始化生成公钥和私钥:第l类物联网感知设备的第j个设备生成的公私钥定义为:其中,l∈(1,p),j∈(1,q),代表它的公钥,代表它的私钥。这些公私钥是系统中设备的唯一标识符。
[0021](2)系统管理员启动交易管理底层物联网感知设备:系统管理员启动一个记录已授权物联网感知设备公钥PK的交易来管理底层物联网感知设备(add/delete),这笔交易被定义为:其中,代表这笔记录物联网感知设备公钥PK的交易;SK
M
代表系统管理员的私钥;代表第l类物联网感知设备的第j个设备的公钥。由于系统管理员使用它的私钥来签署这个交易,而私钥是无法伪造的,因此边缘服务器可以从Tangle网络获取系统管理员发布的授权设备列表来区分合法设备,还可以组织来自未经授权设备的无效请求。通过以上方式,系统能够灵活地扩展和管理。
[0022](3)物联网感知设备对目标状态进行监测:这些物联网感知设备集成了各种传感器,例如温湿度传感器、烟雾传感器、电流互感器和倾角传感器等。物联网感知设备会对目标状态进行监测。
[0023](4)物联网感知设备通过无线通信(NB
‑
IOT/5G)向边缘服务器发送相关数据:第l类物联网感知设备的第j个设备生成的第f笔数据为f∈(1,r),中包含数据摘要、时间戳与该笔数据的原始哈希。然后,使用私钥对数据进行签名,定义为:其中,代表使用该设备的私钥对数据进行加密;Abs代表数据摘要;TS代表时间戳,Hash
o
代表该笔数据的原始哈希。
[0024](5)边缘服务器接收原始数据并同步至Tangle网络,然后对其进行处理分析并定期生成总结报告:一方面,作为IOTA账本全节点的边缘服务器负责接收来自轻节点的底层物联网感知设备的原始数据以进一步将其连接到Tangle网络;另一方面,边缘服务器解密
数据后就对其进行处理分析并定期生成总结报告,总结报告里会记录一些轻度异常的数据,说明哪些地方可能会发生意外情况需要留意或者去核实一下,如遇到紧急情况就会立即生成紧急报告,然后将得到的分析报告与相关的数据摘要通过Internet发送至相邻的其他边缘服务器,以同步到区块链,解密过程定义为:其中,代表使用该设备的公钥对其解密。边缘服务器共同维护IOTA账本和区块链账本。它们只处理来自合法传感器的交易,并且这些交易由系统管理员授权。
[0025](6)边缘服务器将分析报告与相关的数据摘要通过Internet发送至相邻的其他边缘服务器,经过一轮共识后同步到区块链。
[0026](7)系统管理员获取区块链中的物联网数据报告和数据摘要:系统管理员具有设备管理权限,能够获取区块链中的物联网数据报告和数据摘要。系统管理员的公钥PK
M
被硬编码到边缘服务器的软件中,这意味着只有系统管理员有权发布设备的授权列表。
[0027]本专利技术提出了一种改进的基于声誉的DPoS共识机制,包含以下要素:
[0028](1)系统中的区块链节点:按功能分为见证人节点、候选人节点、普通节点和恶意节点。见证人节点是区块链的记账节点,负责区块的验证及其打包,由每轮投票的普通节点中的总得票数的前10%担任,进入打包队列,见证人节点每轮结束都要变更,确保那些本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法,其特征在于,包括以下几个步骤:步骤S1、物联网感知设备初始化生成公钥和私钥;步骤S2、系统管理员启动一个记录已授权物联网感知设备公钥PK的交易来管理底层物联网感知设备(add/delete);步骤S3、物联网感知设备对目标状态进行监测;步骤S4、物联网感知设备通过无线通信(NB
‑
IOT/5G)向边缘服务器发送相关数据;步骤S5、边缘服务器接收物联网感知设备的原始数据以进一步将其连接到Tangle网络,然后对其进行处理分析并定期生成总结报告;步骤S6、边缘服务器将分析报告与相关的数据摘要通过Internet发送至相邻的其他边缘服务器,经过一轮共识后同步到区块链;步骤S7、系统管理员获取区块链中的物联网数据报告和数据摘要。2.对于权利要求1所述的一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法,其特征在于,步骤S1是物联网感知设备初始化生成公钥和私钥,第l类物联网感知设备的第j个设备生成的公私钥定义为:其中,l∈(1,p),j∈(1,q),PK
jl
代表它的公钥,SK
jl
代表它的私钥,这些公私钥是系统中设备的唯一标识符。3.对于权利要求1所述的一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法,其特征在于,步骤S2是系统管理员启动一个记录已授权物联网感知设备公钥PK的交易来管理底层物联网感知设备(add/delete),这笔交易被定义为:其中,代表这笔记录物联网感知设备公钥PK的交易;SK
M
代表系统管理员的私钥;代表第l类物联网感知设备的第j个设备的公钥,由于系统管理员使用它的私钥来签署这个交易,而私钥是无法伪造的,因此边缘服务器可以从Tangle网络获取系统管理员发布的授权设备列表来区分合法设备,还可以组织来自未经授权设备的无效请求,通过以上方式,系统能够灵活地扩展和管理。4.对于权利要求1所述的一种基于双账本的物联网数据存储与共享方法,其特征在于,步骤S3为集成了各种传感器的物联网感知设备对目标状态进行监测。5.对于权利要求1所述的一种基于双账本...
【专利技术属性】
技术研发人员:戴欢,赵骏,唐毅,
申请(专利权)人:苏州和数区块链应用研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:
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