[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

说明书

本发明属于区块链技术领域以及物联网技术领域，涉及一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法。本发明的效果和益处是，首先，基于物联网网络架构与边缘计算的优势设计了高效、安全且低耗的分层海量物联网数据收集聚合机制；其次，链外存储完整数据，缓解区块链存储压力，提升性能；区块链内存储索引哈希值，确保可信、安全并且可追溯的数据存储方法；最后，提出了所述可信数据共享方法，基于区块链的智能合约技术，确保数据共享过程的可审计、可信以及可追溯。

技术领域

本发明属于区块链技术领域以及物联网技术领域，具体地说，是一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法。

背景技术

随着物联网技术的蓬勃发展，由不同拥有者控制的大规模无线传感器网络日益增多并收集到海量有价值的物联网数据。然而，传感器的计算以及存储资源受限并且规模大，并且对物联网数据的收集处理流程涉及网络中多个层；此外，不同的数据拥有者不想暴露他们的隐私数据，也使得数据共享以及多方协作存在着信任危机。

当前，对于跨网络多层的数据收集任务，有必要去考虑效率以及隐私保护问题。为了减少无线传感器网络的能量消耗并确保安全，许多研究人员引入边缘计算技术。传感器加密传感数据并转发给对应的边缘服务器；然而，当前的解决方案中很少有将整个大规模无线传感器网络以及边缘层作为一个整体进行设计的。

收集物联网数据的主要目的是共享并分析数据。实际应用场景中，多个拥有者之间的固有信任问题是严重的。因此，许多研究开始基于区块链技术来存储并共享物联网数据，以提供可信、可追溯、透明的保障。然而，在当前基于区块链来解决物联网数据收集的方案中，多数是从区块链的角度来进行设计方案，物联网部分仅是概念化、模块化的进行设计，很少有结合物联网中实际网络架构进行设计的。

因此，当前很少有整体的、实用的针对海量物联网数据收集、管理的方法。当前的解决方案中，对于物联网设备的能耗以及数据收集共享任务之间的矛盾解决仍不够充分；并且没有设计出适用于跨多个网络层的数据收集技术。

发明内容

本发明提供一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法，要解决的技术问题是如何收集、存储并共享海量物联网数据，同时保障安全、高效以及低能耗的需求。本发明基于区块链和边缘计算技术，设计了包括分层海量数据聚合机制、基于分布式哈希表与区块链的数据存储方法以及可信数据共享方案三个技术方案的物联网数据管理方法。

本发明的技术方案：

一种基于区块链和边缘计算的物联网数据管理方法，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大规模无线传感器网络中海量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。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.基于物联网网络架构与边缘计算的优势设计了高效、安全且低耗的分层海量物联网数据收集聚合机制。

2.链外存储完整数据，缓解区块链存储压力，提升性能；区块链内存储索引哈希值，确保可信、安全并且可追溯的数据存储方法。