一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯系统及方法与流程

本发明涉及核电站数据安全追溯，特别是涉及一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯系统及方法。

背景技术：

1、随着电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展，物联网技术在近年来逐步发展。工业领域是物联网技术应用最为广泛的行业之一，工业物联网的应用场景亦极为丰富。现代工业系统需依托工业互联网系统的应用以实现更高水平的数据共享，而这必须通过开放网络的形式完成数据交互。

2、然而，此类高度开放的网络易遭受非法攻击，致使各类数据被破坏或丢失，严重影响工业系统的正常运行。如何保障工业互联网数据传输的安全，已成为一项严峻挑战。因此，在不泄露企业隐私数据的前提下，实现对工业互联网数据的可监督存储与追溯，是当前亟待研究的重要问题。

3、其中，区块链技术是一种去中心化的分布式存储技术，其核心特点主要体现为数据难以篡改与去中心化。基于上述特点，区块链所记录的信息具备更高的真实性与可靠性。尽管区块链上的数据难以被篡改，但这一特性也导致其数据完全公开。现有技术中，缺少能够保证在工业互联网中隐私数据不被泄露的情况下有效追溯相关信息的系统。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯系统及方法，用于解决现有技术中工业互联网中不被泄露的情况下隐私数据难以有效追溯相关信息的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提出了一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯系统，该系统包括系统管理中心、区块链和网关，系统管理中心用于产生密钥和假名并向用户分发密钥和假名；网关验证数据分享者的身份，验证通过后网关上传身份和密文至区块链；区块链储存数据分享者的上传密文。

4、本发明提出了一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，该方法包括：

5、步骤一：系统进行注册；

6、步骤1.1：系统管理中心设置安全参数并生成密钥，系统管理中心通过安全信道向数据分享者分发密钥；

7、步骤1.2：系统管理中心使用非对称加密算法签名方案生成数字签名；

8、步骤1.3：数据分享者向系统管理中心上传身份并获得假名；

9、步骤1.4：数据获取者向系统管理中心上传身份并获得假名；

10、步骤二：数据获得者向系统数据上传；

11、步骤三：数据获得者向系统进行数据查询。

12、在一些实施例中，步骤1.1具体包括：步骤1.1：系统管理中心设置安全参数并生成密钥，系统管理中心通过安全信道向数据分享者分发密钥；

13、步骤1.1.1：系统管理中心根据安全参数生成素数，然后计算，；

14、步骤1.1.2：系统管理中心计算作为模数，模数长度为安全参数；

15、步骤1.1.3：系统管理中心选择，使得；

16、步骤1.1.4：系统管理中心设置主密钥；

17、步骤1.1.5：系统管理中心生成签名用的公私钥对，系统管理中心随机选择，zn2为模数n的乘法群，计算，设置公钥，私钥；

18、步骤1.1.6：系统管理中心批量为i个数据分享者生成签名密钥对，系统管理中心生成主密钥和签名密钥对，其中keygen（λ,n）是一个密钥生成函数，输入安全参数λ和用户数量 n，输出系统主私钥msk；每个用户的签名密钥对为（pki, ski）；

19、步骤1.1.7：系统管理中心通过安全信道将签名密钥对分发到数据分享者。

20、在一些实施例中，步骤1.2中非对称加密算法签名方案包括三个算法，具体为密钥生成算法、签名算法和验证算法。

21、在一些实施例中，步骤1.3具体包括：数据分享者向系统管理中心提交真实身份，系统管理中心根据数据分享者的真实身份利用分布式双门陷公钥密码技术来生成假名和身份密钥对，系统管理中心通过非对称加密算法生成签名密钥对，并通过安全通道将假名和身份密钥对发送给数据分享者，发布签名密钥对到区块链；步骤1.4具体包括数据获得者向系统管理中心提交真实身份，系统管理中心使用分布式双门陷公钥密码技术来生成假名和身份密钥对，通过安全通道将假名和身份密钥对发送给数据获得者。

22、在一些实施例中，步骤二具体包括：

23、步骤2.1：数据获得者将数据获得者的公钥发送给数据分享者；

24、步骤2.2：数据分享者将数据分享者的假名发送给数据获得者；

25、步骤2.3：数据分享者使用公钥通过系统管理中心的分布式双门陷公钥密码技术将数据加密成密文，数据分享者发送请求至网关，是由数据分享者的私钥生成的签名，为时间戳；

26、步骤2.4：网关检查请求时间戳是否超时，如果请求时间戳超时，请求将被拒绝；

27、步骤2.5：若时间戳没有超时，网关验证数据分享者身份，并向区块链传输数据。

28、在一些实施例中，步骤2.5具体包括网关通过搜索区块链来查询数据分享者的公钥，并通过执行非对称加密算法来验证签名；如果验证签名返回正确，网关会将密文和假名上传至区块链，并将假名和密文关联，如果返回错误，请求将被拒绝。

29、在一些实施例中，步骤三具体包括

30、步骤3.1：数据获得者通过使用数据分享者的假名在区块链调用数据查询合约；

31、步骤3.2：数据获得者通过假名查询区块链并获得密文；

32、步骤3.3：数据获得者在系统管理中心通过分布式双门陷公钥密码技术进行解密获得明文。

33、在一些实施例中，对于存在问题的用户和数据，方法执行步骤四：系统进行数据追溯。

34、在一些实施例中，步骤四具体包括：

35、对于不诚实的数据分享者，系统管理中心可以通过执行来恢复数据分享者的真实身份；

36、对于存在问题的数据，系统管理中心可以通过执行来恢复密文的明文。

37、实施本发明具有以下有益效果：

38、本发明提出了一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯系统及方法，本发明解决的是针对工业互联网中数据分享者和数据获得者二间通信复杂、数据交互存在安全隐患、个人身份信息容易泄露等问题，实现对工业互联网中数据有监督的存储和追踪。本发明结合区块链技术和加密技术，能够在不侵犯数据分享者和数据获得者身份隐私的情况下，对工业互联网中数据分享者和数据获得者的身份进行加密，对传输的数据也进行加密。并且利用区块链的去中心化、不可篡改和不可伪造等特点，确保数据的真实性和可靠性，能够很好的满足在工业互联网中数据交互的需求。本发明还可以应用于物联网、医疗网和车载网等领域。

1.一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯系统，其特征在于，所述系统包括系统管理中心、区块链和网关，所述系统管理中心用于产生密钥和假名并向用户分发密钥和假名；所述网关验证数据分享者的身份，验证通过后所述网关上传身份和密文至所述区块链；所述区块链储存数据分享者的上传密文。

2.一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，所述方法采用所述权利要求1中的所述系统，其特征在于，所述方法包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，所述步骤1.1具体包括：步骤1.1：系统管理中心设置安全参数并生成密钥，系统管理中心通过安全信道向数据分享者分发密钥；

4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，所述步骤1.2中非对称加密算法签名方案包括三个算法，具体为密钥生成算法、签名算法和验证算法。

5.根据权利要求4所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于：所述步骤1.3具体包括：数据分享者向系统管理中心提交真实身份，所述系统管理中心根据数据分享者的真实身份利用分布式双门陷公钥密码技术来生成假名和身份密钥对，系统管理中心通过非对称加密算法生成签名密钥对，并通过安全通道将假名和身份密钥对发送给数据分享者，发布签名密钥对到区块链；所述步骤1.4具体包括数据获得者向系统管理中心提交真实身份，所述系统管理中心使用分布式双门陷公钥密码技术来生成假名和身份密钥对，通过安全通道将假名和身份密钥对发送给数据获得者。

6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，步骤2.5具体包括网关通过搜索区块链来查询数据分享者的公钥，并通过执行非对称加密算法来验证签名；如果验证签名返回正确，网关会将密文和假名上传至区块链，并将假名和密文关联，如果返回错误，请求将被拒绝。

8.根据权利要求7所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，所述步骤三具体包括

9.根据权利要求1所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，对于存在问题的用户和数据，所述方法执行步骤四：所述系统进行数据追溯。

10.根据权利要求9所述的一种基于区块链的工业互联网数据安全和追溯方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：