基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的制作方法

本发明属于数据安全存储与云计算，具体涉及一种基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统。

背景技术：

1、随着数字化管理与智能化考核系统的普及，在民航安保训练、体能考核及各类高安全性要求的实训场景中，对运动及考核数据的真实性、准确性与不可篡改性提出了极高的要求。

2、目前，训练数据管理领域主流采用“通用运动穿戴设备 + 中心化云端管理平台 +基础加密与日志审计”的技术方案。在该现有方案中，通用运动穿戴设备（如通用手环或简单记录仪）通过内置的加速度计和陀螺仪进行计步或测距，数据经蓝牙或无线网络上传至手机应用或中心化云服务器（如阿里云、腾讯云等通用云存储服务）；管理员通过管理平台进行成绩查看、统计及履历归档，并通过账号密码及基础角色权限实现日常管理。

3、然而，在实际应用场景（特别是民航空保训练等严格考核场景）中，现有技术方案存在以下突出缺陷：

4、第一，数据源头易被篡改或伪造，缺乏源头的“根信任”保障。 现有系统的数据采集端（如通用手环或记录仪）仅进行简单的数据采集与传输，缺乏源头端的数据固化机制。导致这一缺陷的原因在于：采集端未配备专用加密硬件对原始采集数据进行本地哈希校验和物理级固化，数据在离开采集设备前或在本地传输阶段，极易通过手动修改设备参数、伪造运动轨迹或截获伪造原始数据包等手段进行篡改，无法从源头上保障数据的真实原始性。

5、第二，云端中心化存储机制防篡改能力薄弱，无法杜绝内部人员与管理员的篡改行为。 现有系统普遍采用中心化云数据库进行存储，防篡改手段仅依赖基础的传输层加密（如tls）和单次哈希校验。导致这一缺陷的原因在于：传输层加密和单次哈希仅能防止数据在网络传输过程中的第三方截获与篡改，但数据一旦进入中心化云数据库后，拥有高级权限的系统超级管理员或内部运维人员可以直接登录数据库对已存入的数据或操作日志进行修改、删减与覆盖，且不留痕迹；即便设置有基础的操作日志，中心化数据库中的日志文件本身亦可被管理员篡改或清空，无法构建强防篡改闭环。

6、第三，缺乏全流程的实时动态校验与责任追溯机制，事后审计能力不足。 现有系统在数据访问、展示或导出时，缺乏对数据全生命周期完整性的自动比对引擎。导致这一缺陷的原因在于：现有系统的权限管理与存储层相互孤立，缺乏将前端源头固化信息（如源头指纹）与云端存储状态进行跨层级、跨节点实时比对的校验机制，也未引入分布式区块链账本的区块高度与哈希链完整性验证；一旦数据在存储介质中发生篡改或非法变动，系统无法主动识别与即时告警，更无法精准定位篡改节点与篡改责任人，难以满足高安全性考核数据“可追溯、可核查、具备防抵赖效力”的合规管理要求。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

2、本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统，实现从采集源头硬件级固化数据指纹以杜绝源头伪造、利用云端分布式区块链防篡改闭环彻底消除中心化管理员篡改风险，以及在数据访问时通过本地/云端双重比对与区块高度校验实现即时防篡改预警和全流程可追溯。

3、本发明的技术方案为：本发明揭示了一种基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统，包括：前端采集层、传输层、云端核心层及防篡改保障模块；

4、所述前端采集层，用于采集数据，并通过本地加密芯片对所述数据计算生成本地哈希值，将所述数据、所述本地哈希值和时间戳打包生成原始数据包；

5、所述传输层，用于对所述原始数据包进行加密处理并生成数据完整性校验码，通过加密通信传输至所述云端核心层；

6、所述云端核心层，用于对接收到的所述原始数据包进行传输完整性校验，在校验通过后，将所述数据、所述本地哈希值和所述时间戳封装为新区块，并关联上一区块的哈希值形成哈希链，同步至区块链存储节点集群进行分布式存储；

7、所述防篡改保障模块，用于在接收到终端访问请求且访问权限校验通过时，触发数据防篡改校验引擎，所述数据防篡改校验引擎比对所述前端采集层生成的本地哈希值与云端存储的哈希值，并校验所述区块链存储节点集群中区块链的区块高度与哈希链完整性；若校验通过，则允许展示或导出所述数据；若校验不通过，则触发告警。

8、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述前端采集层包括：计圈采集终端、红外感应传感器、运动手环或心率监测模块、数据校验单元以及所述本地加密芯片；

9、所述计圈采集终端，用于采集计圈数据；

10、所述红外感应传感器，用于采集运动轨迹和通过计时点的数据；

11、所述运动手环或心率监测模块，用于采集心率及运动状态数据；

12、所述数据校验单元，用于对采集到的原始数据进行校验并过滤异常数据；

13、所述本地加密芯片，采用硬件加密芯片并内置密码学哈希算法，对校验后的原始数据计算生成所述本地哈希值，并将所述本地哈希值存储至本地缓存，其中，所述密码学哈希算法包括sha-256 算法、国密 sm3 算法。

14、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述传输层包括加密通信模块，所述加密通信模块具体用于：采用https协议、tls协议、国密sm2协议或国密sm4协议中的至少一种对所述原始数据包进行加密，并附加基于所述本地哈希值与所述时间戳生成的数据完整性校验码后进行传输。

15、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述云端核心层包括：区块生成单元、计圈数据上链封装模块、哈希值链式存储模块及分布式账本同步单元；

16、所述区块生成单元，用于在云端对原始数据包的传输完整性校验通过后，将所述数据、所述本地哈希值及所述时间戳封装为新的区块；

17、所述计圈数据上链封装模块，用于对计圈数据进行结构化封装，包含原始数据、所述本地哈希值、所述时间戳、校验码，确保上链数据的完整性和可追溯性；

18、所述哈希值链式存储模块，用于将新生成区块的哈希值与上一区块的哈希值进行关联并形成链式结构存储；

19、所述分布式账本同步单元，用于将新生成的区块同步至所述区块链存储节点集群中的所有节点。

20、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述云端核心层还包括云端管理平台，所述云端管理平台集成有：

21、权限管理模块，用于细粒度管控不同角色终端的访问权限，所述角色终端包括管理员终端、教官终端及只读审计终端；

22、数据审计日志模块，用于实时记录针对所述数据的查询、导出及修改操作行为，并生成数据审计日志；

23、数据变更追溯模块，用于基于所述哈希链，对所述数据的全生命周期变更记录进行追溯。

24、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述数据审计日志与所述数据一同被上链归档，长期分布式存储于所述区块链存储节点集群中。

25、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述防篡改保障模块在判定所述校验不通过时，还用于：生成包含篡改时间、篡改节点及篡改数据内容的篡改审计报告，并发送至管理员终端。

26、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述前端采集层与所述传输层之间还设有边缘计算预处理单元，用于在所述本地加密芯片计算哈希值之前，对采集到的原始数据进行实时清洗、降噪和异常值过滤。

27、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述前端采集层与所述云端核心层之间还设有离线数据缓存与同步机制，用于在网络中断时将所述原始数据包与所述本地哈希值缓存至本地，并在网络恢复后自动续传至所述云端核心层。

28、根据本发明的基于区块链与本地加密的数据防篡改存储管理系统的一实施例，所述云端管理平台还集成有ai异常行为检测模块，所述ai异常行为检测模块与所述数据审计日志模块联动，通过分析所述数据审计日志自动识别非工作时间访问或高频查询的异常访问模式并触发预警。

29、本发明对比现有技术有如下的有益效果：

30、第一，针对现有技术数据源头易被篡改或伪造、缺乏源头“根信任”保障的缺陷：本发明通过在前端采集层配置本地加密芯片，采用密码学哈希算法对采集校验后的数据计算生成本地哈希值，并将数据、本地哈希值和时间戳打包生成原始数据包。上述技术特征实现了数据“原始指纹”在采集端的硬件级固化，从源头上彻底阻断了原始数据在离开采集设备前或本地传输阶段被篡改或伪造的可能性，构建了全流程防篡改的源头“根信任”保障。

31、第二，针对现有技术云端中心化存储机制防篡改能力薄弱、无法杜绝内部人员与管理员篡改行为的缺陷：本发明通过云端核心层对接收到的原始数据包进行传输完整性校验，并在校验通过后将数据、本地哈希值和时间戳封装为新区块，关联上一区块的哈希值形成哈希链，同步至区块链存储节点集群进行分布式存储。上述技术特征通过分布式账本同步与哈希链式存储机制，消除了中心化单点存储的弊端，使数据一经写入即永久固化、不可篡改且永久留痕，彻底消除了超级管理员及内部运维人员对数据库进行非法修改或删减的风险。

32、第三，针对现有技术缺乏全流程实时动态校验与责任追溯机制、事后审计能力不足的缺陷：本发明通过防篡改保障模块在接收到终端访问请求且访问权限校验通过时，触发数据防篡改校验引擎，由所述数据防篡改校验引擎自动比对前端采集层生成的本地哈希值与云端存储的哈希值，并校验区块链存储节点集群中区块链的区块高度与哈希链完整性；若校验通过则允许展示或导出数据，若校验不通过则触发告警。上述技术特征实现了数据在访问与导出环节的自动化、跨层级双重校验，无需人工干预即可即时验证数据的真实性与完整性；一旦发生篡改能实现主动预警，并精准定位篡改节点与责任人，极大提升了事后追溯与合规审计的效率与可信度。