TWI670671B - 基於區塊鏈的環境偵測方法及其系統 - Google Patents

Abstract

提供一種基於區塊鏈的環境偵測方法，包括：產生對應於環境區塊鏈的感測資料，其中環境區塊鏈儲存對應於感測資料的歷史資料；對感測資料進行加密以產生加密資料；對加密資料進行解密以產生解密資料；以及基於解密資料與歷史資料之間的梯度變化量超過第一閾值而調整環境區塊鏈的窮舉猜測值。

Description

基於區塊鏈的環境偵測方法及其系統

本發明是有關於一種測量值之記錄的技術，且特別是有關於一種基於區塊鏈的環境偵測方法及其系統。

隨著環保意識提升，人們對環境影響評估的監督越趨於重視。為了對環境進行監視，與環保相關的機構可使用物聯網（Internet of Things，IoT）技術來大量地取得與環境變化相關的參數，並據以分析環境是否產生變化。舉例來說，環保機構可將與水質相關的感測器安裝於工廠的出水口，並且基於該感測器所感測到的資料判斷該工廠是否違反環保法規。建構完善的物聯網需要使用到為數眾多的感測器。在人們無法完整地檢視每一個感測器及其相關閘道器的情況下，可能會有不肖業者為了符合法規而逕自竄改感測資料。因此，如何有效地保護物聯網內的資料不被竄改，是本領域人員致力的目標之一。

本發明提供一種基於區塊鏈的環境偵測系統，包括感測器、閘道器、管理伺服器以及環境偵測區塊鏈伺服器。感測器產生對應於環境區塊鏈的感測資料，其中環境區塊鏈儲存對應於感測資料的歷史資料。閘道器通訊連接至感測器。閘道器接收感測資料，並且對感測資料進行加密以產生加密資料。管理伺服器通訊連接至閘道器。管理伺服器接收加密資料，並且對加密資料進行解密以產生解密資料。環境偵測區塊鏈伺服器通訊連接至管理伺服器以及環境區塊鏈。環境偵測區塊鏈伺服器接收解密資料和歷史資料，並且基於解密資料與歷史資料之間的梯度變化量超過第一閾值而調整環境區塊鏈的窮舉猜測值。

本發明提供一種基於區塊鏈的環境偵測方法，包括：產生對應於環境區塊鏈的感測資料，其中環境區塊鏈儲存對應於感測資料的歷史資料；對感測資料進行加密以產生加密資料；對加密資料進行解密以產生解密資料；以及基於解密資料與歷史資料之間的梯度變化量超過第一閾值而調整環境區塊鏈的窮舉猜測值。

基於上述，本發明利用區塊鏈的技術儲存與環境相關的感測資料，使感測資料不易受到竄改。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1根據本發明的實施例繪示一種基於區塊鏈的環境偵測系統10的示意圖。環境偵測系統10可包括感測器101、閘道器200、管理伺服器300、環境偵測區塊鏈伺服器400、查詢介面500以及反應伺服器600。在環境偵測系統10中，感測器的類型和數量可由使用者依其需求而配置，本發明不限於此。舉例來說，在一實施例中，除了感測器101之外，環境偵測系統10還可包括感測器102、感測器103以及感測器104等感測器。

不同類型的感測器分別對應於不同的環境區塊鏈。在本實施例中，感測器101係用以偵測環境之溫濕度的溫濕度計，並且對應於與溫濕度的感測資料相關聯的環境區塊鏈A，其中環境區塊鏈A儲存了對應於與溫濕度相關的感測資料的歷史資料。感測器102係用以進行水位監測的水位計，並且對應於與水位的感測資料相關聯的環境區塊鏈B，其中環境區塊鏈B儲存了對應於與水位相關的感測資料的歷史資料。感測器103係用以偵測空氣汙染的空氣偵測器，並且對應於與空氣汙染的感測資料相關聯的環境區塊鏈C，其中環境區塊鏈C儲存了對應於與空氣汙染相關的感測資料的歷史資料。感測器104係用以進行交通管理的無線電射頻辨識（radio frequency identifier，RFID）感測器，並且對應於與交通管理的感測資料相關聯的環境區塊鏈D，其中環境區塊鏈D儲存了對應於與交通管理相關的感測資料的歷史資料。為便於說明，以下實施例中將聚焦於感測器101及其相關的元件，然所屬技術領域中具有通常知識者應知曉，與感測器101相關的敘述亦可適用於其他類型的感測器（例如：感測器102、感測器103以及感測器104）。

閘道器200具有處理單元（如：處理器但不限於此）、通訊單元（如：各類通訊晶片、藍芽晶片、WiFi晶片等但不限於此）及儲存單元（如：可移動隨機存取記憶體、快閃記憶體、硬碟等但不限於此）等運行閘道器200的必要構件。

閘道器200通訊連接至感測器101。閘道器200可自感測器101接收感測資料，並且對感測資料進行加密以產生加密資料。具體來說，當感測器101欲加入環境偵測系統10時，感測器101可對閘道器200提出註冊請求。感測器101可將出廠時即內建的身分識別碼傳送給閘道器200。閘道器200可根據所接收到的身分識別碼產生對應於感測器101的公鑰以及私鑰。閘道器200可透過網路NW而將產生的公鑰傳送給管理伺服器300，以使管理伺服器300得以對私鑰加密過的資料進行解密，其中網路NW可例如是物聯網，本發明不限於此。在對應感測器101的公鑰以及私鑰產生後，感測器101的註冊程序即已完成。

在完成感測器101的註冊程序後，閘道器200可開始接收來自感測器101的感測資料。閘道器200可使用對應於感測器101的私鑰對感測資料進行加密，以產生對應的加密資料。接著，閘道器200可透過網路NW將加密資料傳送至管理伺服器300。在一實施例中，閘道器200可針對不同類型以及來源的感測資料進行分類以及私鑰加密。

管理伺服器300具有處理單元（如：處理器但不限於此）、通訊單元（如：各類通訊晶片、藍芽晶片、WiFi晶片等但不限於此）及儲存單元（如：可移動隨機存取記憶體、快閃記憶體、硬碟等但不限於此）等運行管理伺服器300的必要構件。

管理伺服器300通過網路NW而與閘道器200通訊連接。管理伺服器300可接收來自閘道器200的加密資料，並且使用對應於感測器101的公鑰以對加密資料進行解密以產生解密資料。若解密成功，則代表管理伺服器300所接收到的加密資料確實是由閘道器200所傳送。換言之，閘道器200所使用的私鑰相當於閘道器200的電子簽章。在產生解密資料後，管理伺服器300可對解密資料進行分類以及暫存。待環境偵測區塊鏈伺服器400在區塊鏈上建立了對應於解密資料的區塊後，解密資料方可儲存於對應的區塊之中。

環境偵測區塊鏈伺服器400具有處理單元（如：處理器但不限於此）、通訊單元（如：各類通訊晶片、藍芽晶片、WiFi晶片等但不限於此）及儲存單元（如：可移動隨機存取記憶體、快閃記憶體、硬碟等但不限於此）等運行環境偵測區塊鏈伺服器400的必要構件。

環境偵測區塊鏈伺服器400通訊連接至管理伺服器300、環境區塊鏈A、環境區塊鏈B、環境區塊鏈C以及環境區塊鏈D。環境偵測區塊鏈伺服器400可自管理伺服器300接收解密資料並且自環境區塊鏈A接收對應的歷史資料。環境偵測區塊鏈伺服器400可暫存解密資料，並且計算解密資料與歷史資料之間的梯度變化量。若梯度變化量超過一閾值，代表感測器101所感測的環境發生顯著地改變，環境偵測區塊鏈伺服器400可基於梯度變化量超過該閾值而調整環境區塊鏈A的窮舉猜測值（Nonce）。

具體來說，環境偵測區塊鏈伺服器400可基於梯度變化量超過該閾值而調整環境區塊鏈A的窮舉猜測值的位數調低。亦即，網路NW中各個與環境區塊鏈A相關的運算節點（可包括閘道器200）猜中環境區塊鏈A的窮舉猜測值的難度將降低，換言之，建立環境區塊鏈A上的區塊的時間將被縮短。響應於建立環境區塊鏈A上的區塊的時間被縮短，環境偵測區塊鏈伺服器400可更頻繁地將所暫存的解密資料儲存至環境區塊鏈A之中。

環境偵測區塊鏈伺服器400可基於環境區塊鏈A的窮舉猜測值被關聯於環境區塊鏈A的運算節點（可包括閘道器200）猜中而建立用以儲存解密資料的區塊，並將解密資料儲存至環境區塊鏈A的區塊之中。對應於環境區塊鏈A的工作量證明（Proof-of-Work，PoW）將基於環境區塊鏈A的窮舉猜測值被猜中而增加。舉例來說，若關聯於環境區塊鏈A的一運算節點猜中了窮舉猜測值並且獲得了工作量證明，則該運算節點可將與其工作量證明相關的資訊傳送至環境偵測區塊鏈伺服器400。環境偵測區塊鏈伺服器400可接收關聯於環境區塊鏈A的工作量證明並對工作量證明進行累加計算。

在一實施例中，環境區塊鏈A可儲存對應於工作量證明的智慧合約，且智慧合約可基於工作量證明超過一閾值而被觸發。舉例來說，假設感測器101為溫濕度計。當感測器101所感測到的溫濕度發生顯著地變化時，環境偵測區塊鏈伺服器400將調低環境區塊鏈A的窮舉猜測值的位數，使感測器101所感測的感測資料可被更頻繁地記錄至環境區塊鏈A的新建立的區塊之中，而環境區塊鏈A的工作量證明也會隨著每一筆感測資料之區塊的產生而增加。若對應於環境區塊鏈A的工作量證明持續地增加，將觸發環境偵測區塊鏈伺服器400執行智慧合約所記載的內容。

查詢介面500通訊連接至管理伺服器300。查詢介面500可響應於智慧合約被觸發而發送預警訊息。具體來說，使用者可透過查詢介面500查詢關聯於環境區塊鏈A的資料，諸如感測資料、歷史資料等等。查詢介面500可例如是一種人機介面（Human-Machine Interface，HMI），或是由軟體模組所控制的使用者介面（User Interface，UI），本發明不限於此。當環境區塊鏈A中的智慧合約被觸發後，管理伺服器300可自環境偵測區塊鏈伺服器400接收與該智慧合約相關的示警訊息。查詢介面500可由管理伺服器300接收該示警訊息並且發送出對應的預警訊息。

反應伺服器600具有處理單元（如：處理器但不限於此）、通訊單元（如：各類通訊晶片、藍芽晶片、WiFi晶片等但不限於此）及儲存單元（如：可移動隨機存取記憶體、快閃記憶體、硬碟等但不限於此）等運行反應伺服器600的必要構件。

反應伺服器600通訊連接至環境偵測區塊鏈伺服器400。反應伺服器600可響應於環境區塊鏈A中的智慧合約被觸發而控制關聯於環境區塊鏈A的終端裝置。具體來說，當環境區塊鏈A中的智慧合約被觸發後，環境偵測區塊鏈伺服器400可發送對應的訊息至反應伺服器600。反應伺服器可響應於接收到該訊息而控制關聯於環境區塊鏈A的終端裝置。舉例來說，若環境區塊鏈A關聯於溫濕度，則終端裝置可例如是暖器機、冷氣機、除濕機或加濕器等關聯於溫濕度的終端裝置。當感測器101感測到濕度急遽下降而導致環境區塊鏈A中的智慧合約被觸發後，反應伺服器600可響應於智慧合約被觸發而根據智慧合約所記載的內容來控制暖器機釋放暖器，藉以提高溫度。

圖2根據本發明的實施例繪示一種基於區塊鏈的環境偵測方法的流程圖，其中環境偵測方法可由環境偵測系統10實施。在步驟S21，產生對應於環境區塊鏈的感測資料，其中環境區塊鏈儲存對應於感測資料的歷史資料。在步驟S22，對感測資料進行加密以產生加密資料。在步驟S23，對加密資料進行解密以產生解密資料。在步驟S24，基於解密資料與歷史資料之間的梯度變化量超過第一閾值而調整環境區塊鏈的窮舉猜測值。

綜上所述，本發明利用區塊鏈的技術儲存與環境相關的感測資料，使感測資料不易受到竄改，從而確保感測資料得到安全可靠的儲存。此外，本發明可基於環境的梯度變化量調整建立區塊的難易度。當環境出現顯著的變化時，本發明可加快區塊的生成速度，以更詳細地記錄當前環境的相關感測資料。另一方面，本發明可利用區塊鏈的工作量證明機制觸發智慧合約，並藉由觸發智慧合約來對管理者提出預警或對用以改變環境的終端裝置進行控制。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧環境偵測系統

101、102、103、104‧‧‧感測器

200‧‧‧閘道器

300‧‧‧管理伺服器

400‧‧‧環境偵測區塊鏈伺服器

500‧‧‧查詢介面

600‧‧‧反應伺服器

A、B、C、D‧‧‧環境區塊鏈

NW‧‧‧網路

S21、S22、S23、S24‧‧‧步驟

圖1根據本發明的實施例繪示一種基於區塊鏈的環境偵測系統的示意圖。 圖2根據本發明的實施例繪示一種基於區塊鏈的環境偵測方法的流程圖。

Claims (9)

1. 一種基於區塊鏈的環境偵測系統，包括：感測器，產生對應於環境區塊鏈的感測資料，其中該環境區塊鏈儲存對應於該感測資料的歷史資料；閘道器，通訊連接至該感測器，該閘道器接收該感測資料，並且對該感測資料進行加密以產生加密資料；管理伺服器，通訊連接至該閘道器，該管理伺服器接收該加密資料，並且對該加密資料進行解密以產生解密資料，其中該閘道器儲存對應於該感測器的私鑰，並且該管理伺服器儲存對應於該感測器的公鑰，其中該閘道器使用該私鑰對該感測資料進行加密以產生該加密資料，並且該管理伺服器使用該公鑰對該加密資料進行解密以產生該解密資料；以及環境偵測區塊鏈伺服器，通訊連接至該管理伺服器以及該環境區塊鏈，該環境偵測區塊鏈伺服器接收該解密資料和該歷史資料，並且基於該解密資料與該歷史資料之間的梯度變化量超過第一閾值而調整該環境區塊鏈的窮舉猜測值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的環境偵測系統，其中該環境偵測區塊鏈伺服器基於該梯度變化量大於該第一閾值而將該環境區塊鏈的該窮舉猜測值的位數調低。
3. 如申請專利範圍第1項所述的環境偵測系統，其中該環境偵測區塊鏈伺服器基於該窮舉猜測值被猜中而將該解密資料儲存於該環境區塊鏈中。
4. 如申請專利範圍第3項所述的環境偵測系統，其中對應於該環境區塊鏈的工作量證明基於該窮舉猜測值被猜中而增加。
5. 如申請專利範圍第4項所述的環境偵測系統，其中該環境區塊鏈儲存智慧合約，且該智慧合約基於該工作量證明超過第二閾值而被觸發。
6. 如申請專利範圍第5項所述的環境偵測系統，更包括：查詢介面，通訊連接至該管理伺服器，該查詢介面響應於該智慧合約被觸發而發送預警訊息。
7. 如申請專利範圍第5項所述的環境偵測系統，更包括：反應伺服器，通訊連接至該環境偵測區塊鏈伺服器，該反應伺服器響應於該智慧合約被觸發而控制關聯於該環境區塊鏈的終端裝置。
8. 如申請專利範圍第1項所述的環境偵測系統，其中該環境區塊鏈對應於溫濕度、水位監測、空氣汙染以及交通管理中的其中之一。
9. 一種基於區塊鏈的環境偵測方法，包括：產生對應於環境區塊鏈的感測資料，其中該環境區塊鏈儲存對應於該感測資料的歷史資料；產生公鑰以及私鑰；使用該私鑰對該感測資料進行加密以產生加密資料；使用該公鑰對該加密資料進行解密以產生解密資料；以及基於該解密資料與該歷史資料之間的梯度變化量超過第一閾 值而調整該環境區塊鏈的窮舉猜測值。