CN115914249A - 基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法及装置，包括：对区块链区块结构进行改进，在区块头中添加类块标识字段，添加前一类块Hash标识字段，建立联盟链。冷链数据划分为设备数据、订单数据和隐私数据。设备数据经签名后提出交易上链请求，订单数据经过对称加密后提出上链请求，隐私数据通过非对称加密后提出上链请求。联盟链节点对交易缓冲池中相同接收地址的交易进行打包，打包完成后等待共识，共识完成即可将区块上链。本发明通过对区块进行分类实现数据灵活上链，实现同一条区块链上存储不同功能的数据，同时通过区块分类方式实现分类查询优化，通过分类减少检索数据，提升区块链查询速度。

Description

基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法及装置
技术领域
本发明属于区块链技术领域，特别涉及一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法及装置。
背景技术
目前冷链物流泛指冷藏冷冻类物品在生产、贮藏运输、销售，到消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证物品质量和性能的一项***工程。冷链是以保证冷藏冷冻类物品品质为目的，以保持低温环境为核心要求的供应链***，所以它比一般常温物流***的要求更高、更复杂。在冷链的任何一个环节出现问题，都容易导致冷链断裂，从而影响到产品的品质和消费者最终的使用。然而，现有的冷链数据管理方案一般都是基于有源RFID温感标签和无线通信技术，以及凭借云平台数据存储和分析完成的。在该种方式下，数据容易被恶意篡改，造成不合格的冷链物流商品进入市场，并且消费者从产品外观上很难判断购买的产品是否存在质量问题，因此需要一种更加完善的冷链数据管理方案才能追溯到问题的具体原因。
现有技术基于上传至区块链中的数据不可篡改的特性，将区块链技术与冷链领域相结合。这种方式虽然能够实现对于冷链产品的防伪溯源追踪，并且能够在一定程度上保证消费者的利益。现有技术中，基于上传至区块链中的数据不可篡改的特性，将冷链数据上传至区块链中进行存储。这种管理方式中的区块链通常采用单链结构的区块链，该单链结构的区块链区块结构单一，具有所有区块数据向所有节点公开隐私数据的特性，并且对数据进行溯源时，需要回溯整个区块链，查询效率低下。针对此问题，基于多链技术的区块链具有一定先进性，但搭建多链区块链存在成本高，管理复制等问题。
基于此，现亟需一种能有效提升区块链数据存储与查询的方法。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提供一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法及装置，通过对区块链的区块结构进行改进，同时对用户交易数据上链过程和联盟链节点打包过程进行改进，实现数据分类存储和可选查询的功能，通过此方法提高数据上链的灵活性，区块链查询的可选择性，提升区块链查询效率。
技术方案：本发明提出一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，包括如下步骤：
步骤1：对区块链区块结构进行改进，在区块头中添加类块标识字段，添加前一类块Hash标识字段，建立联盟链；
步骤2：冷链数据预处理，将冷链数据划分标识为设备数据D1、订单数据D2、隐私数据D3，设备数据D1经签名后提出交易上链请求，订单数据D2经过对称加密后提出上链请求，隐私数据D3通过非对称加密后提出上链请求；
步骤3：联盟链节点对交易缓冲池中相同接收地址的交易进行打包，打包时根据接收地址填充类型标识CB1、CB2、CB3，打包完成后等待共识，共识完成即可将区块上链；
步骤4：基于所述联盟链，用户根据权限对联盟链进行选择性查询。
进一步地，所述步骤1建立联盟链的具体方法为：
步骤1.1：对区块链区块结构进行改进，在区块头中加入区块类型标识，通过填充不同值将区块分类为不同类型的区块；
步骤1.2：在区块头中加入前一类块Hash标识字段；
步骤1.3：基于改进区块结构，建立联盟链；
步骤1.4：所述联盟链包含四类交易，其中三类为部署合约的交易，剩下一类为调用合约的交易，所述部署合约的交易，生成交易中没有特定的接收对象；所述调用合约的交易，需要将交易中的接收地址置为链上合约的地址；
步骤1.4.1：步骤1.4中所述部署合约的交易，通过规定接收地址不同来标识不同的数据交易；
步骤1.4.2：包含设备数据D1的交易的接收地址规定为0x0；
步骤1.4.3：包含订单数据D2的交易的接收地址规定为1x1；
步骤1.4.4：包含隐私数据D3的交易的接收地址规定为2x2。
进一步地，所述步骤2中设备数据D1的上链请求具体为：
设备数据D1由区块链用户明文提出上链请求；用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址0x0、设备数据D1、交易签名。
进一步地，所述步骤2中订单数据D2经过AES对称加密后提出上链请求：
步骤2.3.1：基于随机函数，生成对称加密密钥kn；
步骤2.3.2：通过AES对称加密函数将订单数据D2和加密密钥kn加密为密文MD2；
步骤2.3.3：用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址1x1、密文MD2、交易签名。
进一步地，所述步骤2中隐私数据D3经过非对称加密后提出上链请求：
步骤2.4.1：基于随机函数，生成对称加密密钥对{公钥pkn，私钥skn}；
步骤2.4.2：通过RSA非对称加密函数将隐私数据和公钥pkn加密为密文MD3；
步骤2.4.3：用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址2x2、密文MD3、交易签名。
进一步地，所述步骤3的具体方法为：
步骤3.1：节点检索交易缓冲池，查看交易内容，根据接收地址填充类块标识；
步骤3.2：对接收地址为0x0的区块填充类块标识CB1，对接收地址为1x1的区块填充类块标识CB2，对接收地址为2x2的区块填充类块标识CB3；
步骤3.3：填充前一区块Hash值，填充前一类块Hash值，填充其他字段，获得完整区块头；
步骤3.4：继续检索交易缓冲池并将其他相同接收地址的交易加入区块；
步骤3.5：达到区块设置容量大小停止打包交易，将区块广播至全网，等待共识；
步骤3.6：使用实用型拜占庭PBFT共识算法对区块及进行共识，共识完成则成为最新区块。
本发明还公开一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现如上所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法的步骤。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明基于已有的区块链技术，利用改进区块链区块结构实现对冷链数据的存储和查询，具体描述如下：通过对区块链区块数据结构进行改进，形成一条具有不同类型区块的区块链，用于存储性质不同的冷链数据。通过对区块进行分类实现数据灵活上链，实现同一条区块链上存储不同功能的数据，同时通过区块分类方式实现分类查询优化，通过分类减少检索数据，提升区块链查询速度。
附图说明
图1为基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法及装置整体流程图；
图2为联盟链示意图；
图3为联盟链区块结构示意图；
图4为冷链用户创建交易流程图；
图5为联盟链节点打包交易流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
步骤1：对区块链区块结构进行改进，在区块头中添加类块标识字段，添加前一类块Hash标识字段，建立联盟链，具体方法为：
步骤1.1：对区块链区块结构进行改进，在区块头中加入区块类型标识，通过填充不同值将区块分类为不同类型的区块。
步骤1.2：在区块头中加入前一类块Hash字段，通过添加的Hash值连接相同类型的区块。
步骤1.3：基于改进区块结构，建立联盟链。
步骤1.4：所述联盟链包含四类交易，其中三类为部署合约的交易，剩下一类为调用合约的交易，所述部署合约的交易，生成交易中没有特定的接收对象；所述调用合约的交易，需要将交易中的接收地址置为链上合约的地址。
部署合约的交易，通过规定接收地址不同来标识不同的数据交易；包含设备数据D1的交易的接收地址规定为0x0；包含订单数据D2的交易的接收地址规定为1x1；包含隐私数据D3的交易的接收地址规定为2x2。
步骤2：冷链数据预处理，将冷链数据划分标识为设备数据D1、订单数据D2、隐私数据D3，设备数据D1经签名后提出交易上链请求，订单数据D2经过对称加密后提出上链请求，隐私数据D3通过非对称加密后提出上链请求。具体方法为：
步骤2.1：冷链数据预处理，将冷链数据划分为设备数据D1、订单数据D2、隐私数据D3。
步骤2.2：判断是否为隐私数据D2，是则跳转至步骤2.3，否则跳转至步骤2.6。
步骤2.3：用随机数生成密钥对{公钥pkn，私钥skn}
步骤2.4：通过RSA非对称加密函数RSA非对称加密函数将隐私数据和公钥pkn加密为密文MD3。
步骤2.5：用户创建交易，交易中包含发送地址、接收地址置为2x2、密文MD3、交易签名。
步骤2.6：判断是否为订单数据D2，是则跳转至步骤2.7，否则跳转至步骤2.10。
步骤2.7：用随机数生成加密密钥kn。
步骤2.8：通过AES堆成加密函数将订单数据D2和加密密钥kn加密为密位MD2。
步骤2.9：用户创建交易，交易中包含发送地址、接收地址置为1x1、密文MD2、交易签名。
步骤2.10：用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址0x0、设备数据D1、交易签名。
步骤2.11：发送交易至联盟链节点。
步骤2.12：节点通过验证交易签名方式验证交易是否合法，合法则跳转至步骤2.13，否则跳转至步骤2.14。
步骤2.13：节点检查交易是否重复出现，如果未重复出现，跳转至步骤2.15，否则跳转至步骤2.14。
步骤2.14：丢弃交易。
步骤2.15：将交易加入交易缓冲池，广播交易。
步骤3：联盟链节点对交易缓冲池中相同接收地址得交易进行打包，打包时根据接收地址填充类型标识CB1、CB2、CB3后，打包完成后等待共识，共识完成即可将区块上链。具体方法为：
步骤3.1：节点检索交易缓冲池，查看交易内容。
步骤3.2：判断接收地址是否为0x0，是则跳转至步骤3.3，否则跳转至步骤3.10。
步骤3.3：填充类块标识CB1，填充前一类块哈希值CB1n-1。
步骤3.4：填充区块头其他字段，获得完整区块头。
步骤3.5：继续检索其他交易。
步骤3.6：判断接收地址是否为0x0或链上合约地址，是则跳转至步骤3.8，否则跳转至步骤3.7。
步骤3.7：将交易置回交易缓冲池，跳转至步骤3.5。
步骤3.8：将交易加入区块。
步骤3.9：判断区块内存是否达到区块设置容量大小，是则跳转至步骤3.27，否则跳转至步骤3.5。
步骤3.10：判断接收地址是否为1x1，是则跳转至步骤3.11，否则跳转至步骤3.18。
步骤3.11：填充类块标识CB2，填充前一类块哈希值CB2n-1。
步骤3.12：填充区块头其他字段，获得完整区块头。
步骤3.13：继续检索其他交易。
步骤3.14：判断接收地址是否为1x1或链上合约地址，是则跳转至步骤3.16，否则跳转至步骤3.15。
步骤3.15：将交易置回交易缓冲池，跳转至步骤3.13。
步骤3.16：将交易加入区块。
步骤3.17：判断区块内存是否达到区块设置容量大小，是则跳转至步骤3.26，否则跳转至步骤3.13。
步骤3.18：判断接收地址是否为2x2，是则跳转至步骤3.19，否则跳转至步骤3.27。
步骤3.19：填充类块标识CB3，填充前一类块哈希值CB3n-1。
步骤3.20：填充区块头其他字段，获得完整区块头。
步骤3.21：继续检索其他交易。
步骤3.22：判断接收地址是否为2x2或链上合约地址，是则跳转至步骤3.24，否则跳转至步骤3.21。
步骤3.23：将交易置回交易缓冲池，跳转至步骤3.21。
步骤3.24：将交易加入区块。
步骤3.25：判断区块内存是否达到区块设置容量大小，是则跳转至步骤3.27，否则跳转至步骤3.21。
步骤3.26：将交易置回交易缓冲池。
步骤3.27：停止当前区块交易新增，等待区块共识。
步骤3.28：使用实用型拜占庭(PBFT)共识算法对区块及进行共识，共识完成则成为最新区块。
步骤4：基于上述联盟链，用户根据权限可对联盟链链上交易进行选择性查询，具体方法为：
步骤4.1：可对某一类块交易数据进行查询，根据类块标识对联盟链进行检索，根据前一类块哈希值回溯交易数据。
步骤4.1.1：对类块CB1交易进行查询时，可直接查询到相关的明文设备数据D1。
步骤4.1.2：对类块CB2交易进行查询时，可获得密文数据MD2，具有密钥kn的节点可对密文进行解密得到订单数据D2。
步骤4.1.3：对类块CB3交易进行查询时，可获得密文数据MD3，具有私钥skn的节点可对密文进行解密得到隐私数据D3。
步骤4.2：可对整个区块链进行查询，针对所有区块进行查询，根据前一区块Hash回溯交易数据。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此技术的人能够了解本发明的内容据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变换或装饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对区块链区块结构进行改进，在区块头中添加类块标识字段，添加前一类块Hash标识字段，建立联盟链；
步骤2：冷链数据预处理，将冷链数据划分标识为设备数据D1、订单数据D2、隐私数据D3，设备数据D1经签名后提出交易上链请求，订单数据D2经过对称加密后提出上链请求，隐私数据D3通过非对称加密后提出上链请求；
步骤3：联盟链节点对交易缓冲池中相同接收地址的交易进行打包，打包时根据接收地址填充类型标识CB1、CB2、CB3，打包完成后等待共识，共识完成即可将区块上链；
步骤4：基于所述联盟链，用户根据权限对联盟链进行选择性查询，根据类块标识对联盟链进行检索，根据前一类块哈希值回溯交易数据。
2.根据权利要求1所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，其特征在于，所述步骤1建立联盟链的具体方法为：
步骤1.1：对区块链区块结构进行改进，在区块头中加入区块类型标识，通过填充不同值将区块分类为不同类型的区块；
步骤1.2：在区块头中加入前一类块Hash标识字段；
步骤1.3：基于改进区块结构，建立联盟链；
步骤1.4：所述联盟链包含四类交易，其中三类为部署合约的交易，剩下一类为调用合约的交易，所述部署合约的交易，生成交易中没有特定的接收对象；所述调用合约的交易，需要将交易中的接收地址置为链上合约的地址；
步骤1.4.1：步骤1.4中所述部署合约的交易，通过规定接收地址不同来标识不同的数据交易；
步骤1.4.2：包含设备数据D1的交易的接收地址规定为0x0；
步骤1.4.3：包含订单数据D2的交易的接收地址规定为1x1；
步骤1.4.4：包含隐私数据D3的交易的接收地址规定为2x2。
3.根据权利要求1所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，其特征在于，所述步骤2中设备数据D1的上链请求具体为：
设备数据D1由区块链用户明文提出上链请求；用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址0x0、设备数据D1、交易签名。
4.根据权利要求1所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，其特征在于，所述步骤2中订单数据D2经过AES对称加密后提出上链请求：
步骤2.3.1：基于随机函数，生成对称加密密钥kn；
步骤2.3.2：通过AES对称加密函数将订单数据D2和加密密钥kn加密为密文MD2；
步骤2.3.3：用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址1x1、密文MD2、交易签名。
5.根据权利要求所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，其特征在于，所述步骤2中隐私数据D3经过非对称加密后提出上链请求：
步骤2.4.1：基于随机函数，生成对称加密密钥对{公钥pkn，私钥skn}；
步骤2.4.2：通过RSA非对称加密函数将隐私数据和公钥pkn加密为密文MD3；
步骤2.4.3：用户创建交易，所述交易中包含发送地址、接收地址2x2、密文MD3、交易签名。
6.根据权利要求1所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法为：
步骤3.1：节点检索交易缓冲池，查看交易内容，根据接收地址填充类块标识；
步骤3.2：对接收地址为0x0的区块填充类块标识CB1，对接收地址为1x1的区块填充类块标识CB2，对接收地址为2x2的区块填充类块标识CB3；
步骤3.3：填充前一区块Hash值，填充前一类块Hash值，填充其他字段，获得完整区块头；
步骤3.4：继续检索交易缓冲池并将其他相同接收地址的交易加入区块；
步骤3.5：达到区块设置容量大小停止打包交易，将区块广播至全网，等待共识；
步骤3.6：使用实用型拜占庭PBFT共识算法对区块及进行共识，共识完成则成为最新区块。
7.一种基于区块链块分类的冷链数据存储与查询装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现如权利要求1-6任一项所述的基于区块链块分类的冷链数据存储与查询方法的步骤。
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