[发明专利]一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法

权利要求书

1.一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、首先执行分层海量数据聚合机制，包括无线传感器网络内两级数据聚合以及边缘服务器验证聚合；基于分簇路由协议的无线传感器网络中传感器收集数据并进行加密以及BLS聚合签名；然后，簇头节点基于簇内所有节点上传的密文执行一级数据聚合算法，汇聚节点接收来自网络中所有簇内的数据并执行二级数据聚合算法；最后，边缘服务器验证并聚合接收到的数据，输出完整密文；

步骤二、数据聚合完成后，通过基于分布式哈希表与区块链的数据存储方法存储数据；数据存储方法采取区块链链内外联合存储方式，区块链外的分布式哈希表中存储完整的聚合后物联网数据，并得到一个对应的索引哈希值，区块链内存储该哈希值的密文，对应完整数据的地址；

步骤三、聚合后数据存储到对应位置后，通过可信数据共享方法进行共享；数据请求者需要数据时，首先向区块链提交交易请求，获得索引哈希值以及解密密钥；然后，从分布式哈希表中取出完整聚合后数据；最后，基于解密密钥对数据解密得到完整物联网数据；

其中：

所述的分层海量数据聚合机制，具体如下：

(1.1)初始化阶段：可信实体TA初始化系统并分发密钥ske，ska，sig_i，其中ske为边缘服务器的私钥，ska为数据请求者之类应用程序的私钥，|ske|＝|ska|＝λ，λ为安全参数，sig_i为传感器s_i的签名密钥；

(1.2)数据收集阶段：传感器s_i将感知到的数据m_i进行加密得到密文其中t为时间戳，h()为哈希函数；然后，s_i计算其中j为簇内其他设备的ID，j＝1，2，...，cs，j≠i，其中cs为簇内所有传感器数目；s_i将密文级联得到完整密文C_i＝c_i，1||c_i，2||…||c_i，cs；最后，基于BLS聚合签名算法，计算聚合签名

(1.3)簇头节点聚合阶段：簇头执行一级聚合算法，然后计算对应聚合签名

(1.4)汇聚节点聚合阶段：汇聚节点执行二级聚合算法，其中H为网络中簇的个数；然后，计算对应聚合签名

(1.5)边缘服务器聚合阶段：计算一次性密钥然后计算密文计算聚合签名其中pk_e为边缘服务器的公钥；

所述的基于分布式哈希表与区块链的数据存储方法，具体如下：

(2.1)数据拥有者通过边缘服务器计算H_SHA-1(C′_agg)，其中SHA-1为所采用的哈希算法，得到在DHT分布式哈希表中的索引哈希值；然后，通过AES加密算法计算得到密文Cipher＝Encrypt(K，H_SHA-1(C′_agg))，其中K为AES的对称密钥；

(2.2)数据拥有者通过边缘服务器，作为区块链应用程序提交交易请求T_key＝(ID_e，Timestamp，Cipher)，其中ID_e为边缘服务器的身份标识；

(2.3)交易成功上链后，数据拥有者转发消息PUT，H_SHA-1(C′_agg)，C′_agg给DHT分布式哈希表，以存储聚合后完整密文在DHT的H_SHA-1(C′_agg)位置上；

所述的可信数据共享方法，具体如下：

(3.1)数据请求者作为区块链的应用程序提交交易请求T_req＝(ID_a，Timestamp，REQUEST)，交易上链后，边缘服务器会通过安全信道发送解密密钥K给数据请求者；然后，数据请求者可以解密Cipher得到完整数据存储位置H_SHA-1(C′_agg)；

(3.2)数据请求者发送消息GET，H_SHA-1(C′_agg)以得到完整聚合数据；

(3.3)数据请求者验证聚合签名，如果成功，基于自己的密钥ska来计算一次性密钥然后解密数据得到明文