CN109831458A - 一种iot电子行为记录管理*** - Google Patents
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Abstract
一种IOT电子行为记录管理***，属于信息技术领域。***包括多层区块链框架、司机端、司机网关、云服务提供商端、多个不同等级权限的组织端；多层区块链框架具有多个约束节点、多个无约束节点；多层区块链框架分为：私有区块链层，通过IOT设备采集终端数据，利用约束节点和无约束节点记录在IOT设备完成注册的数据块属性，并在通过私有认证后进行数据传输；公有区块链层，具有通过IOT设备采集以及多个组织端上传获得的电子行为信息，并且针对不同组织端开放不同等级数据访问权限；云服务区块链层，通过云签名认证来验证云服务提供商端的合规性。本发明提出多层区块链框架用于提供司机的信息服务，并基于假名的不同权限加密方法来保护司机的隐私信息。
Description
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种IOT电子行为记录管理***。
背景技术
最近在加密货币背景下，区块链的共识和状态机制取得了较好的成功。区块链技术主要用于安全和隐私领域，是能够取代第三方信任问题的有力技术。它通过混合加密技术、一致性算法和对等通信协议来解决信任问题。目前应用的电子行为记录***主要使用共识机制来构建复制的分布式账本，即一个事务日志。在交通运输部门或任何一个货运平台后，每个司机使用并拥有单独的区块链，所有与司机相关的信息都被封装在一个区块中，该***是基于单层区块链对每个司机访问级别进行控制。在物联网***的隐私保护技术中，零知识证明是一项有效的区块链匿名增强技术，可以通过阻止查询来防止个人信息侵权等安全威胁。
发明专利申请 CN201710455921.0公开了一种基于区块链技术和物流信息平台的司机征信***及方法，并具体公开了***包括用于采集司机的征信信息的区块链底层平台；区块链底层平台确定参与节点的物流信息平台和核心的物流企业，个体司机作为节点***的资源；用于参与节点的应用层；应用层采用统一开放的接口平台，对接各物流公司、物流信息平台的业务信息***；用于司机提交征信信息的前端；前端包括物联网和终端APP。该发明是针对司机征信设立的，能保证物流信息平台、物流企业、司机企业和个人信息的安全，但访问仅基于单层区块链，隐私保护机密性不够。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种IOT电子行为记录管理***，实现了有效保护司机的隐私信息，使用非对称安全措施创建或访问链块，在多层区块链架构下基于假名的不同权限加密（PBE-DA）技术，实现从头开始创建电子行为信息、司机或机构访问电子行为信息、为所有权限和机构提供复制数据记录的功能。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种IOT电子行为记录管理***，包括多层区块链框架、司机端、司机网关、电子行为信息的云服务提供商端、多个不同等级权限的组织端；所述多层区块链框架具有多个约束节点、多个无约束节点，所述约束节点为与所述司机网关认证的节点，所述无约束节点为未与司机网关认证的节点；所述多层区块链框架分为：
私有区块链层，通过IOT设备采集终端数据，利用约束节点和无约束节点记录在IOT设备完成注册的数据块属性，并在通过私有认证后进行数据传输；
公有区块链层，具有与云服务提供商端记录一致的电子行为信息，所述电子行为信息通过IOT设备采集以及多个组织端上传获得；并且针对不同组织端开放不同等级数据访问权限；
云服务区块链层，通过云签名认证来验证云服务提供商端的合规性。
作为优选，所述组织端包括货运平台、交通运输部门端、保险组织端。
作为优选，所述私有认证的过程具体为:
IOT设备完成注册，IOT设备的受约束节点、无约束节点完成数据块的属性记录；
完成注册后，IOT设备的受约束节点、无约束节点生成司机私钥，并基于私钥生成假名签名；
司机端接收IOT设备发送的假名签名，并利用公钥验证假名签名。
作为优选，所述私有认证的过程还包括：在司机端接收IOT设备发送的数据前，通过司机网关对司机身份进行验证，验证成功后，IOT设备发送假名签名给司机端。
作为优选，所述电子行为信息包括电子行为信息的哈希值、访问ID、司机ID、权限ID、日期。
作为优选，所述数据访问权限具体为：访问第一级权限，允许通过区块链查看电子行为信息，但不能篡改电子行为信息；访问第二级权限，允许通过区块链查看电子行为信息中部分与各组织端相关的内容；访问第三级权限，允许通过区块链查看电子行为信息中全部内容。
作为优选，所述公有区块链层还具有行为数据区块链，所述行为数据区块链由多个不同时间段产生的行为数据块根据时间顺序构建而成。
作为优选，所述云签名认证的过程具体为：
司机端根据司机ID、请求的电子行为信息服务、假名、随机值，计算司机公钥、司机私钥；
司机端将司机ID、请求的电子行为信息服务、假名、司机公钥发送给具有权限的组织端，组织端计算获得司机私钥；
司机端将假名以及经司机私钥加密假名计算的假名签名给云服务提供商端；
云服务提供商端请求访问权限的假名对应的司机公钥，并利用司机公钥解密假名签名来验证签名。
作为优选，所述假名签名加密或解密能通过椭圆曲线数字签名算法实现。
作为优选，在所述多层区块链框架的多层区块链间增加新数据块前，所述***的司机端、多个组织端、多个约束节点、多个无约束节点、云服务提供商端确认新数据块，并由公有区块链层中除司机端外的其他实体触发记录电子行为信息，并将新数据块封装在与该司机端相关的区块链数据块内。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种IOT电子行为记录管理***，提出多层区块链框架用于提供司机的信息服务，相较于现有的司机的私有单链，多层区块链框架技术能够有效保护司机的隐私信息。并且通过物联网技术来获取司机的相关数据，使区块链和物联充分结合，使得该***框架构建可行性大大提高。本发明使用非对称安全措施创建或访问链块，提供了基于多层区块链的基于假名的不同权限加密（PBE-DA）的技术，实现从头开始创建电子行为记录、司机或机构访问电子行为记录、为所有权限和机构提供复制数据记录的功能。
附图说明
图1为本发明一种IOT电子行为记录管理***的多层区块链框架示意图；
图2为本发明一种IOT电子行为记录管理***基于PBE-DA进行认证的示意图；
图3为本发明一种IOT电子行为记录管理***中云签名认证的流程图；
图4为本发明一种IOT电子行为记录管理***中边缘部分区块链（左）和核心部分区块链（右）的示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、3， 本发明一种IOT电子行为记录管理***包括多层区块链框架、司机端、司机网关、电子行为信息的云服务提供商端、多个不同等级权限的组织端。所述多层区块链框架具有多个约束节点、多个无约束节点。所述约束节点为与所述司机网关认证的节点，司机网关是可信实体，其拥有新人***，一旦节点与司机网关进行认证，即存在允许在受约束的网络域内进行安全通信的安全策略。所述无约束节点为未与司机网关认证的节点，则可能存在不安全通信的安全策略。所述节点主要指物联网和IOT设备部分，其各自以区块链节点形式进行数据处理。所述组织端包括货运平台、交通运输部门端、保险组织端、发货方端、收货方端等不同机构端。
所述多层区块链框架分为三层，具体为私有区块链层、公有区块链层和云服务区块链层。所述私有区块链层是受约束和无约束的节点和司机端使用私有区块链方法表示。采用物联网设备（IOT设备）采集终端数据，如装货阶段利用货单读取装置读取货单信息，货单读取装置作为IOT设备采集终端电子行为数据。所述IOT设备可以是其他设有终端的检测设备或传感器。所述私有区块量层利用约束节点和无约束节点记录在IOT设备完成注册的数据块属性，并在通过私有认证后进行数据传输。
所述私有认证的过程具体为:S01,IOT设备完成注册，IOT设备的受约束节点、无约束节点完成数据块的属性记录；S02,完成注册后，IOT设备的受约束节点、无约束节点生成司机私钥，并基于私钥生成假名签名；S03,司机端接收IOT设备发送的假名签名，并利用公钥验证假名签名。所述公钥与用于创建签名的私钥等效。进一步确保隐私，所述私有认证的过程还包括：在司机端接收IOT设备发送的数据前，通过司机网关对司机身份进行验证，验证成功后，IOT设备发送假名签名给司机端。这样，一方面可验证数据接收人的信息安全性，另一方面可验证数据发件人的信息安全性。
所述公有区块链层具有数据同步功能，IOT设备采集的数据、各组织端，如货运平台、交通运输部门端、保险组织端等机构端将各自的电子行为信息上传同步，与云服务提供商端记录保持一致。所述电子行为信息包括电子行为信息的哈希值、访问ID、司机ID、权限ID、日期。所述货运平台的电子行为信息涉及货运物流信息，该信息数据利用哈希算法计算并存储在数据块内，即以电子行为信息的哈希值记录存储。所述公有区块链层还具有权限限制功能，针对不同组织端开放不同等级数据访问权限。所述数据访问权限具体为：访问第一级权限，允许通过区块链查看电子行为信息，但不能篡改电子行为信息；访问第二级权限，允许通过区块链查看电子行为信息中部分与各组织端相关的内容；访问第三级权限，允许通过区块链查看电子行为信息中全部内容。对于司机端，其可具有访问权限，可以分配访问一级权限。对于货运平台、交通运输部门等机构可以为司机端提供服务，但需要限制每一个机构的权利，例如每个机构只能查看对应环节相关的数据，即分配访问第三级权限。对于云服务提供商可以访问全部环节所有数据，即分配访问第二级权限。这样，授权实体可以通过区块链查看司机的电子行为记录，但无法篡改区块中的数据。所述公有区块链层还具有数据块创建原则，不同时间的司机行程数据将在不同的时间段产生，然后根据时间顺序生成一系列数据块，并构建该司机的行为数据区块链。所述行为数据区块链由多个不同时间段产生的行为数据块根据时间顺序构建而成。当司机下次在其他货运平台或交通运输部门时，新实体需要识别该司机并验证他的可用区块链，利用行为数据区块链可以节省平台资源并避免重复对司机的资历检测。
另外，所述公有区块链层还具有触发新数据块添加的功能。在所述多层区块链框架的多层区块链间增加新数据块前，所述***的司机端、多个组织端、多个约束节点、多个无约束节点、云服务提供商端确认新数据块，并由公有区块链层中除司机端外的其他实体触发记录电子行为信息，并将新数据块封装在与该司机端相关的区块链数据块内。具体地，在一个司机进行相关操作后，每个司机都拥有自己的区块链，如完成装货-送货-卸货操作后，司机端的区块链记录有整个流程操作的电子行为信息。一旦有新的操作，作为新的数据块加入该区块链。该添加过程，由公有区块链层中的其他实体触发，采用先前的数据处理程序，例如以行为数据区块链的方式存储，存储后将与司机相关的所有信息封装在一起。数据块的存储结构可参照图4所示，包括边缘部分区块链和核心部分区块链结构。核心部分区块链结构可以针对公有区块链层和云服务区块链层设置。
所述云服务区块链层用于通过云签名认证来验证云服务提供商端的合规性。使用公共区块链方法来确认不同的云服务提供商之间的合规性问题，相关的规章制度以国家相关制度指标为基准进行云服务提供商的资质考核和评估。
所述云签名认证过程是基于假名的不同权限加密（PBE-DA）方法实现。简而言之，该方法包括密钥提取、生成签名、验证签名三步。具体地，如图2，密钥提取步骤包括：S31,司机端根据司机ID、请求的电子行为信息服务、假名、随机值，计算司机公钥、司机私钥。S32,司机端将司机ID、请求的电子行为信息服务、假名、司机公钥发送给具有权限的组织端，组织端计算获得司机私钥。例如，当司机选择其虚拟身份作为假名后，用于在电子行为信息服务云提供商处匿名发布数据块，选择随机值K来计算其公钥Ppub=K.P，私钥为Ppriv=K.Q0=K.S.P。司机将其司机ID，假名，电子行为信息服务和司机公钥Ppub发送给具有相应权限的人，后者可以计算司机私钥，因为它是被司机信任的，Ppriv= S. Ppub= K.S.P。所述生成签名步骤包括：S33,司机端经司机私钥加密假名获得假名签名，司机端将假名以及假名签名发送给云服务提供商端。所述验证签名步骤包括：S34,云服务提供商端请求访问权限的假名对应的司机公钥，并利用司机公钥解密假名签名来验证签名。如果能解密得到假名，则认证成功，否则失败。所述假名签名加密或解密能通过椭圆曲线数字签名算法实现。使用椭圆曲线（y2= x3-3x + bmod p），其中p是256位素数，b通过MIRACL中的函数确定，该函数可以计算出素数有限域中点的个数。执行椭圆曲线数字签名算法签名验证，通过执行EcdsaVer（Pseudonym，Ppub）来验证假名的签名。其中，电子行为信息云服务提供商收到假名签名，它就会要求权威机构检查签名的假名，之后再执行椭圆曲线数字签名算法签名验证。
算法伪码部分：
算法1密钥提取步骤: EcdsaKgen()
1: 选择在GF(n)上定义的椭圆曲线E，其中n是一个大的素数
2: 选择生成器生成点 P ϵ E (GF(n))，阶数 q （P 是椭圆曲线上的一个点）
3: 选择随机整数 K ϵ [2, n-2]
4: 计算S作为主密钥，其涉及司机的私钥生成
5:计算司机的公钥 Ppub= K.P，其中 K 是一个随机值
6: 计算司机的虚拟身份PVID= Pseudonym(假名)
7: 计算司机的私钥 Ppriv= S*UP (S 是司机的主密码)
8: 发布司机的公共参数 (E,P,n,Ppub)
算法2生成签名步骤: EcdsaSign (Pseudonym, Ppub)
1: 生成一个大的素数n
2: 计算d= Ppriv mod (n-2)
3: 计算Q = d* Ppub
4: 在区间[1，n-1]中选择统计上唯一且不可预测的整数k
5: 计算曲线点 k* Ppub = (x1, y1) 和 r = x1 mod n
If r = 0, then go to 4. （这是一个安全条件: if r = 0, then签名方程: s = k-1*(H (Pseudonym) + d*r) mod n 不会涉及私钥）
6: 计算k-1 mod n.
7: 计算 s = k-1*(H (Pseudonym) + d*r) mod n 其中H 是加密散列函数 (SHA-2)
If s = 0, then go to 4. (如果 s = 0, 那么s-1 mod n 不存在；在签名验证的迭代2 需要s-1)
8: 虚拟身份(Pseudonym)的签名是整数对 (r, s) = Signature (Pseudonym)
9: 返回Signature (Pseudonym) = (r, s)
为了使用源自司机的私钥Ppriv对司机假名进行签名以确定假名签名，司机生成假名，假名签名。
算法3验证签名步骤: EcdsaVer (Pseudonym, Ppub)
1: 验证r和s是区间[1，n-1]中的整数。如果不是，则签名无效
2: 计算 w = s-1 mod n
3: 计算 H(PVID)，其中 H是签名生成中使用的相同散列函数
4: 计算 u1 = H(PVID)*w mod n 和 u2 = r*w mod n
5: 计算曲线点 u1* Ppub + u2*Q = (x0, y0)
6: 当且仅当r= x0 mod n 时，EBR云提供商才接受签名。
上述具体实施旨在评估IoT-EBR的新区块链方法。因此，使用Multi-precisionInteger和Rational Arithmetic C / C ++（MIRACL库）来实现，验证和验证PBE-DA。因此，我们在之前引入了简单的PBE作为加密方法，可用于访问由云计算服务访问的完整性引入的不同类型的服务。MIRACL支持Elliptic Curve Diffie-Hellman（ECDH）密钥协商协议，Menezes-Vanstone协议和椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），我们将利用它来实现和设计所提出的协议PBE-DA。为了评估加密操作的速度，PBE-DA具有“MIRACL库”，实体之间的通信被修改和实现。
本发明基于多层区块链的PBE-DA技术实现从头开始创建电子行为记录、司机或机构访问电子行为记录、为所有权限和机构提供复制数据记录的功能。首先确保受约束的节点已经与司机的网关***进行了认证，存在受约束的网络域内进行安全通信的安全策略，无约束节点与IOT设备建立安全连接，然后借助PBE-DA方法进行密钥的提取、签名生成、签名验证，最后根据由云计算服务访问的完整性引入的不同类型的服务。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，包括多层区块链框架、司机端、司机网关、电子行为信息的云服务提供商端、多个不同等级权限的组织端；所述多层区块链框架具有多个约束节点、多个无约束节点，所述约束节点为与所述司机网关认证的节点，所述无约束节点为未与司机网关认证的节点；所述多层区块链框架分为：
私有区块链层，通过IOT设备采集终端数据，利用约束节点和无约束节点记录在IOT设备完成注册的数据块属性，并在通过私有认证后进行数据传输；
公有区块链层，具有与云服务提供商端记录一致的电子行为信息，所述电子行为信息通过IOT设备采集以及多个组织端上传获得；并且针对不同组织端开放不同等级数据访问权限；
云服务区块链层，通过云签名认证来验证云服务提供商端的合规性。
2.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述组织端包括货运平台、交通运输部门端、保险组织端。
3.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述私有认证的过程具体为:
IOT设备完成注册，IOT设备的受约束节点、无约束节点完成数据块的属性记录；
完成注册后，IOT设备的受约束节点、无约束节点生成司机私钥，并基于私钥生成假名签名；
司机端接收IOT设备发送的假名签名，并利用公钥验证假名签名。
4.根据权利要求3所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述私有认证的过程还包括：在司机端接收IOT设备发送的数据前，通过司机网关对司机身份进行验证，验证成功后，IOT设备发送假名签名给司机端。
5.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述电子行为信息包括电子行为信息的哈希值、访问ID、司机ID、权限ID、日期。
6.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述数据访问权限具体为：访问第一级权限，允许通过区块链查看电子行为信息，但不能篡改电子行为信息；访问第二级权限，允许通过区块链查看电子行为信息中部分与各组织端相关的内容；访问第三级权限，允许通过区块链查看电子行为信息中全部内容。
7.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述公有区块链层还具有行为数据区块链，所述行为数据区块链由多个不同时间段产生的行为数据块根据时间顺序构建而成。
8.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述云签名认证的过程具体为：
司机端根据司机ID、请求的电子行为信息服务、假名、随机值，计算司机公钥、司机私钥；
司机端将司机ID、请求的电子行为信息服务、假名、司机公钥发送给具有权限的组织端，组织端计算获得司机私钥；
司机端将假名以及经司机私钥加密假名计算的假名签名给云服务提供商端；
云服务提供商端请求访问权限的假名对应的司机公钥，并利用司机公钥解密假名签名来验证签名。
9.根据权利要求8所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，所述假名签名加密或解密能通过椭圆曲线数字签名算法实现。
10.根据权利要求1所述的一种IOT电子行为记录管理***，其特征在于，在所述多层区块链框架的多层区块链间增加新数据块前，所述***的司机端、多个组织端、多个约束节点、多个无约束节点、云服务提供商端确认新数据块，并由公有区块链层中除司机端外的其他实体触发记录电子行为信息，并将新数据块封装在与该司机端相关的区块链数据块内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190531 |