CN110209683A - 一种实时获取环境数据并将其写入区块链的*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***。该***包括：区块链终端代理节点和区块链服务器；其中，区块链终端代理节点包括：环境感知模块、微控制单元和无线射频模块，微控制单元存储有数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及区块链终端代理节点的私钥和公钥，微控制单元还用于执行数字加密与签名程序和数据自动发送程序；无线射频模块与微控制单元连接，用于将环境数据传输至区块链服务器；区块链服务器为区块链网络中的节点，用于存储接收到的环境数据并执行区块链应用程序以将环境数据写入区块链网络。本发明能够保障环境数据的真实性。

Description

一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别是涉及一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***。

背景技术

目前，区块链技术受到了行业的广泛关注，其分布式共识与数据存储的模式保障了数据在上链后不可篡改，提升了数据的可信度。但区块链技术本身并无法保障数据在上链前、在它产生时的真实性。尤其是在环境数据获取领域，环境数据造假的现象尤为严重，如何保障环境数据的真实性就成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***，能够保障环境数据的真实性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***，包括：区块链终端代理节点和区块链服务器；

所述区块链终端代理节点包括：

环境感知模块，用于获取环境数据；

微控制单元，存储有数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及所述区块链终端代理节点的私钥和公钥，所述微控制单元还用于执行所述数字加密与签名程序和所述数据自动发送程序；和

无线射频模块，与所述微控制单元连接，用于将所述环境数据传输至所述区块链服务器；

所述区块链服务器为区块链网络中的节点，用于存储接收到的所述环境数据并执行区块链应用程序以将所述环境数据写入区块链网络。

可选的，所述微控制单元中集成有闪存，所述数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及所述区块链终端代理节点的私钥和公钥存储于所述闪存中。

可选的，所述无线射频模块包括蓝牙模块、WIFI模块和移动通信网络终端模块中的一种或多种。

可选的，所述区块链终端代理节点还包括基板，所述基板上设置有数据总线以及环境感知模块、微控制单元和无线射频模块的连接引脚接口，所述环境感知模块、微控制单元和无线射频模块集成于所述基板上。

可选的，所述区块链终端代理节点还包括电源模块，所述电源模块包括电池。

可选的，所述环境感知模块包括可嵌入式微型传感器和/或定位芯片。

可选的，所述数字加密与签名程序包括：

生成一个随机正整数k，且k<q；

计算r＝(g^kmod p)mod q；

计算s＝k^-1(H(m)+xr)mod q，输出(r，s)作为m的签名；

其中，q、p、g为全局公钥，p＝kq+1，g＝h^(p-1)/qmod p，h为随机生成整数，1<h<(p-1)，g>1，m为所述环境数据，x为所述区块链终端代理节点的私钥，H(m)为利用SHA-1散列函数生成的m的哈希。

可选的，所述区块链应用程序，包括：

验证数字签名；

在验证通过后，对所述环境数据进行打包、广播以及分布式数据账本更新。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的实时获取环境数据并将其写入区块链的***区块链终端代理节点和区块链服务器；其中，区块链终端代理节点包括：环境感知模块、微控制单元和无线射频模块；微控制单元存储有数字加密与签名程序和数据自动发送程序，并执行上述程序以将环境感知模块采集到的环境数据签名并自动传输至区块链网络，实现了对采集到的环境数据实时传输至区块链网络中的功能，避免了人为因素的介入，保障了上链数据的真实可信性。

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为本发明实施例实时获取环境数据并将其写入区块链的***的结构示意图。

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。

本发明的目的是提供一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***，能够保障环境数据的真实性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的实时获取环境数据并将其写入区块链的***包括：区块链终端代理节点1和区块链服务器2；

其中，区块链终端代理节点1包括：环境感知模块11、微控制单元12和无线射频模块13，环境感知模块11用于获取环境数据；微控制单元12存储有数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及区块链终端代理节点1的私钥和公钥，微控制单元12还用于执行数字加密与签名程序和数据自动发送程序；无线射频模块13与微控制单元12连接，无线射频模块13用于将环境数据传输至区块链服务器2。

区块链服务器2为区块链网络中的节点，可以执行标准的区块打包、广播以及共享数据账本更新的工作，并存储区块链数据(接收到的环境数据)。

数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及区块链终端代理节点1的私钥和公钥存储于微控制单元12的闪存中。

无线射频模块13可以采取蓝牙、WiFi等标准化局域网通讯频率和协议，通过蓝牙或WiFi(或者双模)片上***(SoC)实现，或选取5.8GHz或28GHz等更高频段采用定制化方式设计片上***(SoC)实现。无线射频模块13也可以采用公众移动通信网(如4G、3G、GPRS等)终端模块如SIM卡和读卡器配套实现。无线网络分公众移动通信网(如4G、3G、GPRS等)和无线局域网(WiFi、蓝牙等)，其基础设施根据分类不同包括基站、天线、无线网卡、路由器等等。

区块链终端代理节点1还包括基板，基板是设备的集成主板(集成有环境感知模块11、微控制单元12和无线射频模块13等)，包含数据总线以及各模块的连接引脚接口。

微控制单元12是设备的重要控制模块，又称单片机，可以类比为集成了中央处理器、内存、非易失性存储(如闪存)、计数器、数模转换等模块的芯片级计算机。

环境感知模块11可以根据应用需求利用可嵌入式微型传感器(如温度、湿度、酸碱度、加速度、三轴陀螺仪、化合物检测等传感器)或GPS/北斗定位芯片实现。

区块链终端代理节点1还包括电池模块，可以根据设备耗电量评估和使用需求选择适合的电池。

本发明数字加密与签名中的参数确定过程如下：

随机生成L位的素数作为全局公钥p，L需满足大小介于512到1024之间，且为64的倍数；

全局公钥q为p-1的160位的素因子，即q位长为160，满足2159<q<2160，且p＝kq+1，其中k为随机或伪随机生成的正整数；

全局公钥g＝h(p-1)/qmod p，其中h为随机生成整数，需满足1<h<(p-1)，g>1，g^q≡1(mod p)；

用户私钥x为随机或伪随机生成正整数，且x<q；

用户公钥y＝g^xmod(p)。

在用户私钥和用户公钥确定之后，利用开发板连接微控制单元(102)和编译器，向微控制单元中的非易失性存储器(如闪存)中写入区块链终端代理节点设备的私钥和公钥(即步骤零生成的用户私钥和用户公钥)和数字加密与签名程序和定制化的逻辑控制程序(此处定制化的逻辑控制程序包括获取环境感知模块的数据的程序、数据的自动发送程序以及对其他各模块的控制程序等)。

环境感知模块根据微控制单元设置的频率采集环境数据，并将数据传递至微控制单元。

微控制单元根据设置的数字签名频率对收到的环境数据运行数字签名算法(Digital Signature Algorithm,DSA)。具体步骤如下：

生成一个随机正整数k，且k<q；

计算r＝(g^kmod p)mod q；

计算s＝k^-1(H(m)+xr)mod q，其中，m为签名对象消息，即指定数字签名频率对应的周期内新增环境数据，H(m)为利用SHA-1散列函数生成的m的哈希；

输出(r，s)作为m的签名。

根据微控制单元设置的频率将数字签名和(或)相对应的原始数据通过无线射频模块对外传输，由可以连接的区块链服务器接收。

区块链服务器接收到数据后首先验证数字签名，具体步骤如下：

接收数据集(公钥(g,p,q,y)，原始消息M，签名(r，s))；

计算w＝s^-1mod q；

计算u₁＝[H(M)w]mod q，u₂＝rwmod q；

计算v＝[(g^u1y^u2)mod p]mod q；

判断如果v＝r，则验证通过；否则验证不通过，流程终止。

验证通过后，区块链服务器配合终端代理节点运行区块链应用程序，按设置好的频率/数据量执行数据打包、广播、分布式数据账本更新等区块链网络任务。具体步骤描述如下：

区块链服务器向终端代理节点反馈验证通过消息；

区块链终端代理节点向区块链网络中一定的(一般为多个)背书节点(Endorser)发送数据打包、广播及分布式数据账本更新请求(Proposal)；

背书节点(Endorser)模拟账链代码(Chaincode)进行数据打包，并签名返回背书结果(Endorserment)；

收到的背书(Endorserment)数量达到一定阈值后，区块链终端代理节点把经过背书的打包数据发送到排序节点(Orders)；

排序节点(Orders)对读写集排序，构造区块(Block)，并发送区块到确认节点(Committer)；

确认节点(Committer)对区块(Block)、打包数据读写集、背书策略等按既定规则进行校验，通过校验的打包数据写入区块链并全网广播，更新各地分布式账本数据库(World State DB)。

本发明提供的实时获取环境数据并将其写入区块链的***可以实现对环境数据的实时、自动获取，由区块链终端代理节点对数据进行数字签名，并将签名和(或)数据发送至区块链服务器写入区块链网络，整个过程避免了人为因素的介入，保障了上链数据的真实可信性。此外，本发明将数据上链的过程分成了两部分，把对计算与存储要求较低的数字签名部分设置在区块链终端代理节点完成，将计算与存储要求较高的区块打包、验证、广播部分设置在区块链服务器端完成，在实现功能性的同时还实现了成本有效性。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，包括：区块链终端代理节点和区块链服务器；

所述区块链终端代理节点包括：

环境感知模块，用于获取环境数据；

微控制单元，存储有数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及所述区块链终端代理节点的私钥和公钥，所述微控制单元还用于执行所述数字加密与签名程序和所述数据自动发送程序；和

无线射频模块，与所述微控制单元连接，用于将所述环境数据传输至所述区块链服务器；

所述区块链服务器为区块链网络中的节点，用于存储接收到的所述环境数据并执行区块链应用程序以将所述环境数据写入区块链网络。

2.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述微控制单元中集成有闪存，所述数字加密与签名程序、数据自动发送程序以及所述区块链终端代理节点的私钥和公钥存储于所述闪存中。

3.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述无线射频模块包括蓝牙模块、WIFI模块和移动通信网络终端模块中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述区块链终端代理节点还包括基板，所述基板上设置有数据总线以及环境感知模块、微控制单元和无线射频模块的连接引脚接口，所述环境感知模块、微控制单元和无线射频模块集成于所述基板上。

5.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述区块链终端代理节点还包括电源模块，所述电源模块包括电池。

6.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述环境感知模块包括可嵌入式微型传感器和/或定位芯片。

7.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述数字加密与签名程序包括：

生成一个随机正整数k，且k<q；

计算r＝(g^kmod p)mod q；

计算s＝k^-1(H(m)+xr)mod q，输出(r，s)作为m的签名；

其中，q、p、g为全局公钥，p＝kq+1，g＝h^(p-1)/qmod p，h为随机生成整数，1<h<(p-1)，g>1，m为所述环境数据，x为所述区块链终端代理节点的私钥，H(m)为利用SHA-1散列函数生成的m的哈希。

8.根据权利要求1所述的实时获取环境数据并将其写入区块链的***，其特征在于，所述区块链应用程序，包括：

验证数字签名；

在验证通过后，对所述环境数据进行打包、广播以及分布式数据账本更新。