CN114006740A - 一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法及应用。设备生成设备硬件账户，设备使用者生成设备使用者账户，账户包含一对公私钥。设备使用者将其账户的公钥进行签名并发送至设备。设备进行验签，若通过验签，则设备将设备硬件账户公钥以及设备使用者账户公钥进行签名并发送至智能合约。合约验签后将上述两个公钥按照一一映射的关系进行存储。当设备使用者欲向设备发送消息时，使用设备使用者账户私钥将消息以及该账户公钥签名，并将签名和原文发送至智能合约。验签通过后，智能合约会通过之前两种账户的一一映射关系，找到对应的设备硬件账户，并将消息发送至对应设备。设备向设备使用者发送消息的过程同理。

Description

一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法及应用
技术领域
本发明属于安全认证技术领域，尤其涉及一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法及应用。
背景技术
近年来，随着5G、云计算等技术的不断发展，物联网技术也愈发引起人们的关注。物联网技术具有规模庞大、结构复杂、成本限制高等特点，这使得物联网安全问题十分棘手。身份认证问题是解决物联网安全问题的关键，传统物联网身份认证通常假设服务器和设备终端之间通过安全信道进行通信，且大多采用中心化架构进行管理。然而这种身份认证模式通常要涉及敏感信息的传输，例如账号密码登录需要传输用户密码，只要进行敏感信息的传输，就有敏感信息泄露的风险。而中心化的架构导致敏感信息一旦被篡改，就会造成不可挽回的损失。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法及应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法，适用于设备终端、设备使用者的控制设备及运行区块链节点的服务器。其中主要包括以下步骤：
设备通过运行程序自行生成一个设备硬件账户，所述账户包含一对公私钥，并自行存储设备硬件账户私钥信息。
设备使用者自行生成设备使用者账户，所述账户包含一对公私钥，并自行存储设备使用者账户私钥信息。
设备使用者使用的设备使用者账户私钥对的设备使用者账户公钥进行数字签名，以生成签名数据。将设备使用者账户公钥、签名数据发送给设备。设备使用设备使用者账户公钥对签名数据进行验签。验签成功，则设备使用设备硬件账户私钥将设备使用者账户公钥及设备硬件账户公钥进行数字签名，生成签名数据。将设备硬件账户公钥、设备使用者账户公钥和签名数据发送至区块链节点中进行绑定。
当进行绑定时，区块链节点中运行的智能合约使用设备硬件账户公钥，对签名数据进行验签，若验签通过，则将设备硬件账户公钥与设备使用者账户公钥进行存储，二者之间保持一一映射的关系。否则不进行绑定。
绑定成功后则可使用该数字身份进行信息传输。设备硬件账户、设备使用者账户以及二者之间的绑定关系共同构成了该设备的数字身份。
设备使用者向设备发送信息时，使用设备使用者账户私钥，将信息原文、设备使用者账户公钥进行签名，生成签名数据，并将设备信息原文、签名数据和使用者账户公钥发送至区块链节点。节点上运行的智能合约将验证签名信息，若可以验证通过，则通过设备使用者账户公钥以及绑定关系，将信息发送至对应设备。
设备向设备使用者发送信息时，使用设备硬件账户私钥，将信息原文、设备硬件账户公钥进行签名，生成签名数据，并将设备信息原文、签名数据和硬件账户公钥发送至区块链节点。智能合约将验证签名信息，若可以验证通过，则通过设备公钥和之前的绑定关系，将信息发送至对应使用者。
一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理***，包括设备终端、设备使用者的控制设备和运行智能合约的服务器，以及设备终端与运行智能合约的服务器之间的连接。
设备终端运行程序生成设备硬件账户，并将所述设备硬件账户的公私钥进行存储。设备终端使用设备使用者账户公钥对所述设备使用者的控制设备发送来的签名数据进行验签。设备终端使用所述设备硬件账户私钥将设备使用者账户公钥及所述设备硬件账户公钥进行数字签名，生成签名数据。将所述设备硬件账户公钥、所述设备使用者账户公钥和所述签名数据发送至智能合约所在的服务器。
设备使用者的控制设备运行程序生成设备使用者账户，并将所述设备使用者账户的公私钥进行存储。设备使用的控制设备使用所述的设备使用者账户私钥，将所述的设备使用者账户公钥进行签名，生成签名数据，并将所述的设备使用者账户公钥及签名数据发送至设备终端。
运行智能合约的服务器主要用于执行智能合约，并存储智能合约中需要存储的内容。
一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理设备，包括存储器和处理器。存储器上保存有处理器上运行的数字身份的账户创建程序、与区块链节点进行通讯以及密码学相关程序，创建程序、与区块链节点进行通讯及密码学相关程序，执行时将实现上述的数字身份创建及使用方法。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上保存有可在处理器上运行的数字身份的账户创建程序、与区块链节点进行通讯以及密码学相关程序，数字身份的账户创建程序、与区块链节点进行通讯以及密码学相关程序被处理器执行时实现上述的数字身份创建及使用方法。
本发明的有益效果是：设备终端和设备使用者的控制设备分别各自产生一个区块链账户，并自行存储账户私钥，从而最大限度的减少私钥这类敏感信息的传输，增强***的安全性，减少私钥外泄的可能性。同时将两个账户的绑定信息上传至区块链中，并在使用数字身份时利用区块链节点中运行的智能合约进行身份转换，可以充分利用区块链的可信特点，使得绑定关系不易被篡改，从而增强绑定关系的可靠性。同时两种账户分别独立生成，也将设备的生产和使用过程进行解耦，从而增强物联网设备生产使用的灵活性。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然面，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制；
图1为本发明中设备使用者账户和设备硬件账户绑定的流程图；
图2为本发明中设备使用者的控制设备向设备终端发送信息的流程图；
图3为本发明中设备终端向设备使用者的控制设备发送信息的流程图；
图4为本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理***的示意图；
图5为本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理设备的示意图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法，包括以下步骤：
如图1所示，绑定设备使用者账户和设备硬件账户，具体为：
步骤B1：设备使用者控制设备通过运行程序自行生成设备使用者账户，并存储所述设备使用者账户私钥信息。
步骤B2：设备终端通过运行程序自行生成一个设备硬件账户，并自行存储所述设备硬件账户私钥信息。
步骤B3：使用设备使用者账户私钥对设备使用者账户公钥进行数字签名，以生成签名数据。
步骤B4：将设备使用者、账户公钥、签名数据发送至设备终端。
步骤B5：设备终端使用设备使用者账户公钥进行验签。若验签失败则流程终止。
步骤B6：验签成功，则设备终端使用设备硬件账户私钥将设备使用者账户公钥及设备硬件账户公钥进行数字签名，生成签名数据。
步骤B7：将设备硬件账户公钥、设备使用者账户公钥和签名数据发送至智能合约进行绑定。
步骤B8：智能合约将使用设备硬件账户公钥对签名数据进行验签，若验签失败则流程终止。
步骤B9：验签成功，则将设备硬件账户公钥与设备使用者账户公钥进行存储，二者之间保持一一映射的关系。至此数字身份创建完成。
如图2所示，设备使用者的控制设备使用设备数字身份向设备发送消息，具体为：
步骤U1：设备使用者控制设备从存储器中读取存储的设备使用者账户私钥信息。
步骤U2：使用设备使用者账户私钥将信息原文、设备使用者账户公钥进行签名，生成签名数据。
步骤U3：将设备信息原文、签名数据、设备使用者账户公钥发送至区块链节点。
步骤U4：区块链节点运行的智能合约将使用设备使用者账户公钥进行验签。若验签失败则流程终止。
步骤U5：若验签成功则通过设备使用者账户公钥和绑定关系，将信息发送至对应设备终端。
如图3所示，设备终端使用设备数字身份向设备使用者的控制设备发送消息，具体为：
步骤D1：设备终端读取存储器中存储的设备硬件账户私钥信息。
步骤D2：使用设备硬件账户私钥将信息原文、设备硬件账户公钥进行签名，生成签名数据。
步骤D3：设备终端将设备信息原文、签名数据、设备硬件账户公钥发送至区块链节点。
步骤D4：区块链节点运行的智能合约将使用设备硬件账户公钥进行验签。若验签失败，则流程终止。
步骤D5：验签成功，通过设备硬件账户公钥和绑定关系，将信息发送至对应使用者。
需要说明的是，在其他实施例中并不一定按照本发明说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。
例如创建数字身份的步骤B1和步骤B2可以交换先后顺序而不会影响实例的实施。
在上述实施例中，设备终端和设备使用者的控制设备分别各自产生一个区块链账户，并自行存储账户私钥，从而最大限度的减少私钥这类敏感信息的传输，增强***的安全性，减少私钥外泄的可能性。同时将两个账户的绑定信息上传至区块链中，并在使用数字身份时利用区块链节点中运行的智能合约进行身份转换，可以充分利用区块链的可信特点，使得绑定关系不易被篡改，从而增强绑定关系的可靠性。同时将设备的生产和使用进行解耦，从而增强物联网设备的灵活性。
在上述实施例中，区块链账户的生成采用非对称加密技术生成公钥和私钥，公钥是可以公开的。在生成签名数据时，首先会将欲签名的信息进行哈希，并用私钥将摘要进行加密，这样密文就是所述的签名数据。而在验签的时候，用加密所用的私钥对应的公钥对签名数据进行解密，得到摘要1，再将收到的信息原文进行哈希，得到摘要2，若两个摘要内容一致，则证明验签成功，否则为验签失败。
本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理***，如图4所示，包括设备使用者控制设备1，运行区块链的节点的服务器2以及设备终端3。
设备使用者控制设备1运行程序生成设备使用者账户，并将所述设备使用者账户的公私钥进行存储。设备使用的控制设备使用所述的设备使用者账户私钥，将所述的设备使用者账户公钥进行签名，生成签名数据，并将所述的设备使用者账户公钥及签名数据发送至设备终端3。
设备终端3运行程序生成设备硬件账户，并将所述设备硬件账户的公私钥进行存储。设备终端3使用设备使用者账户公钥对所述设备使用者控制设备1发送来的签名数据进行验签。设备终端3使用所述设备硬件账户私钥将设备使用者账户公钥及所述设备硬件账户公钥进行数字签名，生成签名数据。将所述设备硬件账户公钥、所述设备使用者账户公钥和所述签名数据发送至智能合约所在的运行区块链的节点的服务器2。
运行区块链的节点的服务器2主要用于执行智能合约，并存储智能合约中需要存储的内容。
在上述实施例中，设备终端可以为智能水表、智能温度计、智能电表、智能签到机等智能设备。
在上述实施例中，设备使用者的控制设备可以为智能手机、平板电脑、个人计算机等智能设备。
在上述实施例中，设备终端可以采用向传统设备中植入芯片、电源、天线等通讯、存储和计算模块，使得传统设备能够利用这些模块进行数据存储计算以及与外界进行通讯。
在以上实施例中，运行区块链节点的服务器可以通过HTTP/HTTPS、MQTT等多种协议或者依赖路由器、蓝牙等设备与设备终端和设备使用者的控制设备进行信息传递。
本发明一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理设备，如图5所示，包括处理器4和存储器5，存储器5上保存有可在处理器4上运行的数字身份创建程序、区块链节点通讯程序、密码学相关程序6，程序被处理器执行时实现上述数字身份创建及使用方法。
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上保存有可在处理器上运行的数字身份创建程序、与区块链节点服务器通讯的程序、密码学计算程序，上述程序被处理器执行时实现上述的数字身份创建及使用方法。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法，其特征在于，适用于设备终端、设备使用者的控制设备及运行区块链节点的服务器，包括：
设备终端自行生成设备硬件账户，设备使用者的控制设备自行生成设备使用者账户，均包括一对公私钥，并各自存储自己的私钥信息。
所述设备使用者的控制设备使用设备使用者账户私钥对设备使用者账户公钥进行数字签名，以生成第一签名数据。将所述设备使用者账户公钥、所述第一签名数据发送给所述设备终端。所述设备终端使用所述设备使用者账户公钥对所述第一签名数据进行验签。验签成功，则所述设备终端使用设备硬件账户私钥对所述设备使用者账户公钥及设备硬件账户公钥进行数字签名，生成第二签名数据。将所述设备硬件账户公钥、所述设备使用者账户公钥和所述第二签名数据发送至智能合约进行绑定。
所述设备使用者的控制设备向所述设备终端发送信息时，使用所述设备使用者账户私钥，对信息原文和所述设备使用者账户公钥进行签名，生成第三签名数据，并将信息原文、第三签名数据和所述使用者账户公钥发送至智能合约。智能合约用所述使用者账户公钥验证第三签名数据，若可以验证通过，则通过之前的绑定关系，将信息发送至对应的设备终端。
所述设备终端向所述设备使用者的控制设备发送信息时，使用所述设备硬件账户私钥，对信息原文、所述设备硬件账户公钥进行签名，生成第四签名数据，并将信息原文、第四签名数据和所述硬件账户公钥发送至智能合约。智能合约使用所述硬件账户公钥验证第四签名数据，若可以验证通过，则通过之前的绑定关系，将信息发送至对应的设备使用者的控制设备。
2.如权利要求1所述基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法，其特征在于，所述设备硬件账户和所述设备使用者账户均为区块链账户。
3.如权利要求1所述基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法，其特征在于，将所述设备硬件账户公钥、所述设备使用者账户公钥和所述第二签名数据发送至智能合约进行绑定，包括：当进行绑定时，智能合约使用所述设备硬件账户公钥，对所述第二签名数据进行验签，若验签通过，则将所述设备硬件账户公钥与所述设备使用者账户公钥进行存储，二者之间保持一一映射的关系，完成绑定。验签不通过则不进行绑定。
4.如权利要求3所述基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法，其特征在于，将所述设备硬件账户私钥和所述设备使用者账户私钥存储到各自的存储介质中。
运行智能合约的服务器，将所述设备硬件账户公钥及所述设备使用者账户公钥的绑定关系存储到服务器的存储介质中。
5.一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理***，其特征在于，包括设备终端、设备使用者的控制设备和运行智能合约的服务器等。
设备终端生成设备硬件账户，并存储所述设备硬件账户的公私钥。设备终端使用设备使用者账户公钥，对所述设备使用者的控制设备发送来的第一签名数据进行验签。设备终端使用设备硬件账户私钥，对所述设备使用者账户公钥及设备硬件账户公钥进行数字签名，生成第二签名数据。将所述设备硬件账户公钥、所述设备使用者账户公钥和所述第二签名数据发送至智能合约所在的服务器。
设备使用者的控制设备生成设备使用者账户，并存储所述设备使用者账户的公私钥。设备使用者的控制设备使用设备使用者账户私钥，对所述设备使用者账户公钥进行签名，生成第一签名数据，并将所述设备使用者账户公钥及所述第一签名数据发送至设备终端。
服务器主要用于执行智能合约，并存储智能合约中需要存储的内容。
6.一种基于区块链的物联网设备数字身份的管理设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上保存有所述处理器上运行的物联网设备数字身份的账户创建程序、与区块链节点进行通讯以及密码学相关程序。所述账户创建程序、与区块链节点进行通讯及密码学相关程序，执行时将实现如权利要求1-4中任一项所述基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上保存有可在处理器上运行的物联网设备数字身份的账户创建程序、与区块链节点进行通讯以及密码学相关程序。所述账户创建程序、与区块链节点进行通讯以及密码学相关程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-4中任一项所述基于区块链的物联网设备数字身份的管理方法。
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