CN109447603A - 一种基于区块链的海洋数据资源共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的海洋数据资源共享方法，包括：数据拥有方将本次发布的海洋数据的描述信息广播至数据存储链上所有结点；链上所有结点根据过滤规则分配数据存储权，竞争成为数据存储方；根据描述信息向数据拥有方发布存储请求信息；数据拥有方接收到存储请求信息后，将设定数量的署名代币作为存储费用，并将加密后的海洋数据发送给数据存储方；数据存储方将海洋数据的描述信息扩充自身地址后作为区块数据发布到数据存储链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳。本发明基于区块链技术，构建海洋数据资源共享区块链，实现海洋数据的自由发布、自主发现、灵活交付，为海洋大数据安全共享与交易提供坚实的保障。

Description

一种基于区块链的海洋数据资源共享方法

技术领域

本发明属于海洋数据资源共享技术领域，尤其涉及一种基于区块链的海洋数据资源共享方法。

背景技术

新中国成立以来，我国持续开展各类海洋调查、观测和监测活动以及国际海洋数据合作与交换工作，获取和积累了一定数量的全学科海洋数据和相关信息，数据范围覆盖我国沿岸、近海乃至全球海域。

由于历史条件等原因，早期我国海洋数据多以纸质、光盘或磁带等形式存储，严重限制了数据的共享服务。尽管目前我国的部分涉海部门和机构已经已各自为主体建立了中心化的共享平台，在科技创新和国家海洋事业发展中发挥了一定作用，但海洋数据的共享服务仍存在着***性能低下，平台间无法互通，安全性和可信性无法保证，共享记录无法追溯的问题。

现有共享平台低下的性能严重打击了众多海洋数据持有方共享数据的积极性，在一定程度上制约了我国海洋科技和海洋经济等领域的快速可持续发展，使得国内海洋数据共享服务无法与国际接轨，更是难以满足当前我国“海洋强国”战略目标建设实施的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于区块链的海洋数据资源共享方法，采用全新的去中心化***架构与计算范式设计海洋数据资源共享应用模式，基于区块链技术，构建海洋数据资源共享区块链，针对现存问题形成突破，实现海洋数据的自由发布、自主发现、灵活交付，交易过程安全可控、全面监管，为海洋大数据安全共享与交易提供坚实的保障。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于区块链的海洋数据资源共享方法，包括：

数据拥有方将本次发布的海洋数据的描述信息广播至数据存储链上所有结点；

链上所有结点根据管理员预先配置的过滤规则选择是否参加本次存储竞争，分配数据存储权，竞争成为数据存储方；

数据存储方产生后，根据数据拥有方发布的描述信息中包含的数据拥有方地址，向数据拥有方发布一条存储请求信息；

数据拥有方接收到存储请求信息后，将设定数量的署名代币作为存储费用，并通过SHA256算法将加密后的海洋数据采用点对点方式发送给数据存储方；

数据存储方完成海洋数据存储后，将海洋数据的描述信息扩充自身地址后作为区块数据发布到数据存储链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳，链上结点达成共识之后宣告此次存储成功，各用户结点可直接访问链上结点检索区块记录进行海洋数据检索。

在上述基于区块链的海洋数据资源共享方法中，还包括：

获海洋数据的描述信息后，数据请求方根据描述信息中维护的数据存储方地址向数据存储方发送数据交易请求信息和数据标价的署名代币；

数据拥有方接收到数据交易请求信息后,向数据拥有方发送交易鉴权请求；

数据拥有方确认后返回交易鉴权确认信息；

数据存储方接收到交易鉴权确认信息后，将海洋数据发送给数据请求方；

数据请求方根据自身私钥对接收到的海洋数据进行解密，获得真实海洋数据。

在上述基于区块链的海洋数据资源共享方法中，还包括：

在数据请求方根据自身私钥对接收到的海洋数据进行解密，获得真实海洋数据后，对真实海洋数据进行校验；

若校验正确，则数据拥有方将交易确认信息发送给数据存储方，数据存储方接收到确认信息后将代币支付给数据拥有方。

在上述基于区块链的海洋数据资源共享方法中，还包括：

在代币支付成功后，数据存储方将本次交易的记录作为区块数据发布到数据交易链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳，链上结点达成共识之后宣告此次交易结束，各用户结点可直接访问链上结点检索区块记录进行海洋数据检索。

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种基于区块链的海洋数据资源共享方法，采用全新的去中心化***架构与计算范式设计海洋数据资源共享应用模式，基于区块链技术，构建海洋数据资源共享区块链，针对现存问题形成突破，实现海洋数据的自由发布、自主发现、灵活交付，交易过程安全可控、全面监管，为海洋大数据安全共享与交易提供坚实的保障。

(2)本发明公开了一种基于区块链的海洋数据资源共享方法，建立了由全部用户和代理结点组成的海洋数据交易区块链，将所有交易信息作为区块记录存储于交易链上，全部代理结点又组成了海洋数据存储区块链作为辅链，将数据的条目信息作为区块数据存于存储链上，数据本身则通过去中心化存储的方式存储在所有强代理结点上，整体以联盟链的***架构实现了基于区块链技术的海洋数据资源共享应用模式，实现了去中心化的***目标，针对“海洋数据孤岛”问题给出了一种切实可行的解决方案。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于区块链的海洋数据资源共享方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中一种联盟链的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

参照图1，示出了本发明实施例中一种基于区块链的海洋数据资源共享方法的步骤流程图。在本实施例中，该基于区块链的海洋数据资源共享方法，包括：

步骤101，数据拥有方将本次发布的海洋数据的描述信息广播至数据存储链上所有结点。

步骤102，链上所有结点根据管理员预先配置的过滤规则选择是否参加本次存储竞争，分配数据存储权，竞争成为数据存储方。

在本实施例中，数据拥有方将本次发布的海洋数据的描述信息广播至数据存储链上所有结点之后，链上所有结点根据管理员预先配置的过滤规则选择是否参加本次存储竞争，如，所有参加竞争的结点通过随机数法和“最近最少分配”法结合的动态优先级方法分配数据存储权，竞争成为数据存储方，从而达到了去中心化存储的目的，平衡了***负载并具有较强的容灾能力。

步骤103，数据存储方产生后，根据数据拥有方发布的描述信息中包含的数据拥有方地址，向数据拥有方发布一条存储请求信息。

步骤104，数据拥有方接收到存储请求信息后，将设定数量的署名代币作为存储费用，并通过SHA256算法将加密后的海洋数据采用点对点方式发送给数据存储方。保证了海洋数据的安全性且数据存储方无法得到真实数据。

步骤105，数据存储方完成海洋数据存储后，将海洋数据的描述信息扩充自身地址后作为区块数据发布到数据存储链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳，链上结点达成共识之后宣告此次存储成功，各用户结点可直接访问链上结点检索区块记录进行海洋数据检索。在共识机制下，用户结点可直接对本联盟代理结点处维护的区块记录进行检索，检索效率得到提高。

在本发明的一优选实施例中，该基于区块链的海洋数据资源共享方法，还可以包括：获海洋数据的描述信息后，数据请求方根据描述信息中维护的数据存储方地址向数据存储方发送数据交易请求信息和数据标价的署名代币；数据拥有方接收到数据交易请求信息后，向数据拥有方发送交易鉴权请求；数据拥有方确认后返回交易鉴权确认信息；数据存储方接收到交易鉴权确认信息后，将海洋数据发送给数据请求方；数据请求方根据自身私钥对接收到的海洋数据进行解密，获得真实海洋数据。

在本发明的一优选实施例中，该基于区块链的海洋数据资源共享方法，还可以包括：在数据请求方根据自身私钥对接收到的海洋数据进行解密，获得真实海洋数据后，对真实海洋数据进行校验；若校验正确，则数据拥有方将交易确认信息发送给数据存储方，数据存储方接收到确认信息后将代币支付给数据拥有方。

在本发明的一优选实施例中，该基于区块链的海洋数据资源共享方法，还可以包括：在代币支付成功后，数据存储方将本次交易的记录作为区块数据发布到数据交易链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳，链上结点达成共识之后宣告此次交易结束，各用户结点可直接访问链上结点检索区块记录进行海洋数据检索。

其中，需要说明的是：

一、联盟链

参照图2，示出了本发明实施例中一种联盟链的结构示意图。联盟链是一种特殊的区块链，将区块链上的结点人为地分为若干联盟并建立联盟代理结点，仅由联盟代理结点执行共识算法，而联盟内部通过局域网连接。采用联盟链设计很大程度降低了区块链上的共识结点数量并提高了共识结点质量，很大程度上减少了网络开销，缩短了达成共识所需的时间。本发明以涉海管理部门、科研单位、相关企业为目标用户和网络结点，以用户结点为单位构建海洋数据联盟链，根据不同机构的规模大小和数据处理能力，建立强代理和弱代理两种管理结点用于执行共识算法，进而形成强联盟和弱联盟。

(1)用户结点

联盟链中的基本结点，由联盟中的普通用户实际控制，完成数据的发布、请求和交易功能，用户结点本身不存储数据且不记账，从而使得用户结点更加轻量级，对于网络要求较低，并能适应多源异构的环境。

(2)代理结点

联盟链中的监管和记账结点，每个联盟拥有一个，由联盟管理员实际控制，当联盟链中的一笔交易发生后，所有代理结点共同为这笔交易记账，因此每个代理结点都持有整个联盟链账单的一份副本，从而保证了账单的公开性和不可篡改性，满足了安全和监管的需要。此外，代理结点又分为强代理结点和弱代理结点，当一名用户请求上传数据时，将向区块链中所有强代理结点广播发布数据信息，收到该信息的全体强代理结点将首先通过该信息决定是否参加本次存储竞争，后所有参与竞争的强代理结点共同竞争存储数据权，存储完成后生成数据索引条目，广播给区块链中所有强代理和弱代理。成功存储数据的强代理结点所在联盟可获得一定的带宽奖励，适合数据需求量大且服务器数据处理能力较强的强联盟。而弱代理结点则只是实时更新数据索引，并不参与数据存储，适合数据需求量较小，服务器数据处理能力较弱的弱联盟。

(3)双链设计

因海洋数据信息量较大，直接存储于区块链上会使得网络负载过大，故只将交易信息和数据索引存于块上，而数据则交由各强代理结点进行去中心化存储。针对海洋数据的特点，本平台提出以数据交易链为主链，数据存储链为辅链的双链设计：

数据交易链由所有强弱代理组成，共同进行共识，记录平台上的每一笔交易信息。因区块数据在链上公开存储，从而满足了交易记录的可信性，可追溯性和不可篡改性。

数据存储链由所有强弱代理组成，其中强代理结点进行海洋数据的实际存储，强弱代理共同执行共识。如此设计使得每个联盟都存在一个存储链上结点，各用户结点可直接通过局域网向本联盟代理结点进行数据检索，具有更高的效率并降低了网络负载。

二、基于DPOS的共识机制

共识协议或共识平台是分布式账本的核心。决策权越分散，***达成共识的效率越低，但***稳定、满意度高；决策权越集中，***更易达成共识名单同时更易出现***。因此，采用何种共识机制决定了整个***的效率和稳定性。共识机制要解决的核心问题是在网络中有结点作恶时如何能够达成共识，即网络是否具有拜占庭容错能力。目前，考虑到拜占庭容错问题，广泛应用的共识机制包括PoW、PoS、DPoS、PBFT等。本发明将传统DPoS(股权授权证明)共识机制加以改良，将传统DPoS通过投票决定代理记账结点的形式改为直接将记账权分配给各联盟的代理结点，对交易进行验证和记账，从而使得每个联盟都包含一个记账结点，且记账结点为联盟管理员实际控制下的代理结点。采用DPoS共识机制很大程度地降低了区块链的网络负载，同比特币采用的工作量证明(POW)共识机制相比节省了全网算力，且依旧能够允许拜占庭容错；而舍弃授权投票过程这一改动使得整个共识过程得以简化，将记账权固定授予联盟管理员监管下的、具有更高硬件性能的代理结点，使得***更加可靠，可监管性更强。

三、基于SHA256哈希算法的数据校验

哈希算法将任意长度的输入值映射为较短的固定长度的二进制值。SHA256算法是哈希算法的一种，将任意长度的输入映射为256位的固定长度输出，这个二进制值称为哈希值。在区块链中，所有交易数据经过两次SHA256哈希运算存于Merkle树中，同时生成该次交易的数字签名，实现快速归纳和校验区块中交易的完整性和存在性。

四、去中心化的数据存储

传统的数据存储是依赖于数据中心的中心化存储，这样的存储方式下，若数据服务器载荷过大，或遭遇黑客攻击，效率和安全性则无法保证。相比之下，去中心化存储把数据分布到多个网络结点，类似于区块链的分布式账本技术，利用了异地分布的区域性或全球性的特点，很大程度上解决了这一问题。在本发明中，用户持有的海洋数据资源采用去中心化的方式存储，所有强代理结点共同完成海洋数据的存储工作，降低了***的网络载荷并具备了一定的容灾能力，使整个***更加安全、高效。

综上所述，本发明所述的基于区块链的海洋数据资源共享方法，基于区块链实现海洋数据资源共享，区块链以其可信任性、安全性和不可篡改性，让更多数据被解放出来，推进数据的海量增长。区块链的可追溯特性使得数据从采集、交易、流通，以及计算分析的每一步记录都可以留存在区块链上，使得数据的质量获得前所未有的强信任背书，也保证了数据分析结果的正确性和数据挖掘的效果。区块链能够进一步规范数据的使用，精细化授权范围。脱敏后的数据交易流通，则有利于突破信息孤岛，建立数据横向流通机制，并基于区块链的价值转移网络，逐步推动形成基于全球化的数据交易场景。其次，使用区块链技术，可以通过时间戳、哈希算法对海洋数据进行确权，证明一条监测数据、分析结果等存在性、真实性和唯一性。一旦在区块链上被确权，海洋数据的后续交易都会被实时记录，海洋数据的全生命周期可追溯、可追踪，能将海洋数据价值链的各个环节进行有效整合、加速流通，缩短价值创造周期，实现数据内容的价值转移，并保证转移过程的可信、可审计和透明。因此，区块链技术本身自带的去中心化、不可篡改、安全可信的特性可以很好地解决海洋数据共享中存在的数据真实性、数据安全性、数据确权交易的问题，能够保障数据所有者权益，同时降低数据交易成本，利于突破信息孤岛，建立数据横向流通机制，将区块链技术应用于海洋数据开放共享与增值流通领域是技术可行的。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种基于区块链的海洋数据资源共享方法，其特征在于，包括：

数据拥有方将本次发布的海洋数据的描述信息广播至数据存储链上所有结点；

链上所有结点根据管理员预先配置的过滤规则选择是否参加本次存储竞争，分配数据存储权，竞争成为数据存储方；

数据存储方产生后，根据数据拥有方发布的描述信息中包含的数据拥有方地址，向数据拥有方发布一条存储请求信息；

数据拥有方接收到存储请求信息后，将设定数量的署名代币作为存储费用，并通过SHA256算法将加密后的海洋数据采用点对点方式发送给数据存储方；

数据存储方完成海洋数据存储后，将海洋数据的描述信息扩充自身地址后作为区块数据发布到数据存储链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳，链上结点达成共识之后宣告此次存储成功，各用户结点可直接访问链上结点检索区块记录进行海洋数据检索。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的海洋数据资源共享方法，其特征在于，还包括：

获海洋数据的描述信息后，数据请求方根据描述信息中维护的数据存储方地址向数据存储方发送数据交易请求信息和数据标价的署名代币；

数据拥有方接收到数据交易请求信息后,向数据拥有方发送交易鉴权请求；

数据拥有方确认后返回交易鉴权确认信息；

数据存储方接收到交易鉴权确认信息后，将海洋数据发送给数据请求方；

数据请求方根据自身私钥对接收到的海洋数据进行解密，获得真实海洋数据。

3.根据权利要求2所述的基于区块链的海洋数据资源共享方法，其特征在于，还包括：

在数据请求方根据自身私钥对接收到的海洋数据进行解密，获得真实海洋数据后，对真实海洋数据进行校验；

若校验正确，则数据拥有方将交易确认信息发送给数据存储方，数据存储方接收到确认信息后将代币支付给数据拥有方。

4.根据权利要求3所述的基于区块链的海洋数据资源共享方法，其特征在于，还包括：

在代币支付成功后，数据存储方将本次交易的记录作为区块数据发布到数据交易链上，生成新的区块链接至区块链尾部并打上时间戳，链上结点达成共识之后宣告此次交易结束，各用户结点可直接访问链上结点检索区块记录进行海洋数据检索。