一种基于联盟链的消防防篡改巡检方法及系统与流程

本发明属于消防巡检与区块链，具体涉及一种基于联盟链的消防防篡改巡检方法及系统。

背景技术：

1、消防安全是公共安全体系的重要组成部分，消防设施的常态化巡检是及时排查隐患、保障消防设施可靠运行的核心手段。随着城市建筑规模与消防设备数量的持续增长，巡检点位分散、作业场景复杂、监管难度大等问题日益凸显，巡检数据的真实性与不可篡改性直接关系到消防责任的落实与隐患的闭环治理。

2、传统消防巡检多采用纸质签到、普通二维码打卡、nfc刷卡等单一验证方式，存在明显的安全漏洞。普通二维码仅为静态逻辑标识，极易通过拍照复制、远程转发实现代打卡，无法验证巡检人员是否实地到场；普通nfc标签存在被克隆、复制的技术风险，仅靠单一物理标识难以完全防范设备替换与标签伪造。同时，传统巡检数据多存储于中心化业务系统，管理员可随意修改巡检记录，代检代签、漏检补录等行为难以追溯，巡检质量无法得到有效保障，消防监管部门难以基于真实数据开展执法监督与责任认定。

3、近年来，部分方案引入区块链技术实现巡检数据存证，试图解决数据篡改问题，但仍存在多方面的技术短板。其一，多数区块链巡检方案高度依赖实时网络连接，而消防巡检常涉及地下车库、隧道、高层建筑核心筒、信号屏蔽机房等弱网或无网场景，网络中断会直接导致巡检流程停滞，离线状态下生成的巡检数据缺乏可信存储机制，补录数据的真实性无法保障，场景适配能力不足。其二，现有方案多采用单链存证架构，仅在业务链上完成数据存储，缺乏消防监管权威节点的交叉核验与背书，存证数据的法律效力与监管认可度有限，难以直接作为执法依据。其三，多数方案将验签逻辑部署于云端服务器，巡检数据需经公网传输至云端校验，不仅存在网络延迟、响应慢的问题，还面临中间人攻击、数据劫持与篡改的安全风险，校验过程的安全性与实时性难以兼顾。

4、综上，现有消防巡检技术在设备身份防伪、离线可信作业、存证权威效力、数据分级管控等方面均存在明显缺陷，无法满足高安全等级的消防防篡改巡检需求。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于联盟链的消防防篡改巡检方法及系统，

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于联盟链的消防防篡改巡检方法，包括以下步骤：

4、巡检启动时自联盟链轻节点获取一次性动态随机因子，结合身份凭证与设备地理围栏校验哈希生成单次有效的巡检挑战因子；

5、以所述巡检挑战因子为签名原文，获取设备二维码逻辑编码与近场通信物理标识并分别执行非对称签名，生成逻辑与物理两路校验响应数据；

6、在可信执行环境内对所述两路校验响应数据完成验签运算，经哈希树比对与时间偏移校验后，封装生成带安全授时戳的巡检事件包；

7、将所述巡检事件包提交联盟链，以消防监管备案链核验作为共识前置条件，核验哈希锚定区块头完成双链互锁存证，按节点权限分层输出结果。

8、具体地，所述一次性动态随机因子的获取过程包括：

9、检测到巡检启动指令后，读取当前巡检人员的数字身份证书摘要、当前定位对应的设备地理围栏哈希字段，采用终端身份私钥对请求内容进行非对称加密后组装成加密请求报文；

10、将加密请求报文上传至联盟链轻节点，先通过对应公钥解密报文，再校验巡检人员身份的链上备案合法性与围栏信息的预存有效性，校验通过后单次生成所述一次性动态随机因子；

11、将一次性动态随机因子、数字身份凭证、地理围栏校验哈希按预设字段顺序拼接，对拼接后的完整数据执行单向哈希运算，生成所述单次有效的巡检挑战因子。

12、具体地，所述地理围栏校验哈希的具体过程包括：

13、预先对每一台消防设备绑定预设巡检有效地理区域，对有效区域进行网格化映射处理，将区域边界坐标、有效覆盖半径、设备点位编号与区域生效周期信息进行组合，对组合后的完整空间数据执行单向哈希运算，生成固定唯一的设备地理围栏校验哈希值并预存至联盟链；

14、巡检启动时实时获取终端定位数据，判断当前定位是否落入预设地理围栏的有效范围，仅定位判定合规时才允许发起动态随机因子申请。

15、具体地，所述设备二维码逻辑编码与近场通信物理标识的获取过程包括：

16、单次有效的巡检挑战因子生成并下发至终端后，同步激活二维码解析通道与近场通信读取通道，基于终端统一安全时钟开启超时管控；

17、二维码解析通道基于消防设备逻辑二维码，生成设备后台备案的逻辑身份编码；近场通信读取通道读取消防设备内置芯片的固化数据，校验芯片原厂身份凭证后提取物理唯一标识；任一通道读取失败、超时缺失或数据校验不通过，判定巡检失败，生成异常事件记录后终止巡检流程。

18、具体地，所述非对称签名的具体过程包括：

19、以单次有效的巡检挑战因子作为统一签名原文，调用逻辑身份编码对应的设备逻辑签名私钥，对签名原文执行非对称签名运算，输出包含逻辑身份特征的逻辑校验响应数据；调用物理唯一标识对应的设备物理签名私钥，对同一份签名原文独立执行签名运算，输出包含硬件身份特征的物理校验响应数据；两路签名运算运行于相互隔离的内存空间，中间状态互不暴露，各自嵌入对应公钥索引标识，形成双因子签名响应序列。

20、具体地，所述验签运算的具体过程包括：

21、将所述逻辑校验响应数据和物理校验响应数据传入可信执行环境的隔离安全区，解析两路响应数据中预设格式的结构化字段，分别提取对应的签名值段、公钥索引标识段与签名时间戳段；

22、调取可信执行环境内部预置且不可导出的设备公钥证书集，依据提取到的公钥索引标识，分别匹配对应的逻辑验签公钥与物理验签公钥；

23、以匹配到的验签公钥分别对两路签名值段执行非对称验签运算，恢复出各自签名时对应的原始摘要数据，作为后续哈希树比对的输入。

24、具体地，所述哈希树比对的通过判定过程包括：

25、针对逻辑校验响应数据对应的验签恢复出的摘要值，与所述巡检挑战因子共同构成二叉哈希树的两个叶子节点，对两个叶子节点分别执行单向哈希运算，生成两个固定长度的叶子哈希值；将两个叶子哈希值按预设固定顺序拼接后，再次执行单向哈希运算，生成对应的唯一根哈希值；

26、按照相同的运算规则与节点排列顺序，针对物理校验响应数据对应的验签恢复出的摘要值与原始巡检挑战因子构建二叉哈希树，生成对应根哈希值；分别将两路哈希树的根哈希值，与预存于可信执行环境内部的标准校验根哈希值执行逐位一致性比对。

27、具体地，所述巡检事件包的封装过程包括：

28、判定通过后，在可信执行环境的安全存储域内归集单次有效的巡检挑战因子、两路校验响应数据、本地安全时钟授时戳三类核心数据；按照预设报文协议执行字段映射与顺序排列，构造报文头、业务数据段、校验段三层结构，其中校验段通过对业务数据段整体哈希运算生成完整性摘要。

29、具体地，所述共识前置条件的具体实现过程包括：

30、联盟链轻节点接收巡检事件包后，提取设备身份标识与巡检权限标识作为核验参数；通过跨链网关执行协议转换与消息路由，构造带跨链节点签名的标准化核验请求报文，转发至消防监管备案链对应节点；

31、接收监管链回传的核验结果报文，先验证监管节点签名有效性，再对核验结果执行单向哈希运算生成监管链核验哈希，将核验结果与监管链核验哈希同原巡检事件包执行关联绑定，同步写入业务联盟链待处理队列，未通过核验的事件包直接驳回。

32、具体地，所述双链互锁存证的具体过程包括：

33、将具备存证资格的巡检事件包纳入当前待打包区块的集合，对集合内所有巡检事件按提交顺序构建默克尔树，逐层运算生成默克尔根哈希值；

34、组装区块头信息，包含区块版本号、链上统一授时戳、区块高度、前一区块哈希值、默克尔根哈希值与监管链核验哈希，由出块节点对区块头执行签名确认；出块节点将完整区块广播至联盟链全网，各节点验证区块合法性与数据一致性后，同步写入本地分布式账本完成链式固化，实现业务链与监管链的双链互锁。

35、具体地，所述分层输出结果的具体过程包括：

36、预设三级权限映射规则，分别对应巡检执行端、运维管理端与监管执法端；针对巡检执行端调用零知识证明协议，生成仅含合规结论、不含敏感信息的合规校验凭证；针对运维管理端执行敏感字段脱敏处理，剔除核心签名数据与身份隐私信息，输出设备状态与运维建议类报告；针对监管执法端开放全量原始事件包、完整签名证据与时空数据的查阅与留存权限。

37、本发明的有益效果为：

38、设备身份双重防伪：结合二维码逻辑身份编码与nfc物理芯片唯一标识，以动态随机挑战基准完成双路独立非对称签名校验，从逻辑身份与物理硬件两个维度验证设备真实性，可抵御二维码复制、设备替换等伪造行为，提升巡检设备身份的可信度。

39、离线巡检连续可信：依托终端可信执行环境实现本地验签，无需等待云端网络回传；同时支持断网状态下的隔离加密存储，网络恢复后自动按序补传上链，适配地下空间、信号屏蔽区等复杂巡检场景，保障巡检流程连续性与数据安全性。

40、时空约束防范代检：一次性动态随机因子与巡检人员数字身份、设备地理围栏哈希强绑定，单次巡检单次有效，可抵御重放攻击与异地代检行为，确保巡检人员实地到场执行巡检操作，规范巡检作业流程。

41、跨链共识强化存证效力：通过业务联盟链与消防监管备案链的跨链核验，搭配链内分布式共识机制，实现巡检数据的双重权威背书，存证数据具备不可篡改、不可抵赖的特性，可满足消防监管执法的证据效力要求。