基于复合区块链的监控数据关联溯源方法与流程

1.本发明涉及区块链应用技术领域，主要涉及的是监控视频的关联数据溯源，它在预防犯罪、法医鉴定和社区安防等方面具有广泛的应用。


背景技术：

2.监控摄像机作为典型的物联网设备，被广泛用于个人、公司、商场等重要环境的监控，这些摄像机所捕获的数据不可避免的会引起安全问题，总有不法人员会入侵摄像机尝试劫持并替换视频流，妄图篡改视频证据。区块链技术的出现让视频流在传输与存储中得到了有效保障，它可以实现视频完整性与真实性验证，并且进行监控数据关联溯源。因此区块链溯源技术具有较高的实用价值和广阔的应用前景。
3.在过去十几年里，区块链溯源技术取得了一系列的进展，但是对于溯源技术的研究仍停留在单一场景溯源，且无法有效利用链下关联信息，复杂场景溯源研究领域仍属于空白。目前单一场景溯源实现可分为两类：单链模式与多链模式。单链模式虽然可以高效实现溯源查询，但是若出现监控关联信息追溯这种复杂场景，就无法有效实现关联追溯。一些早期的基于prov溯源模型方法不关注区块链本身的存储性能缺陷，具有沉重的存储与溯源查询代价。后来随着ipfs技术的发展，chen等人在2017年提出了基于ipfs与区块链的p2p文件传输系统，解决了存储方面的问题。
4.多链模式通常使用主侧链方法，侧链负责智能合约的执行，主链通过批量数据校验的方式实现主侧链合作的高效数据传输。虽然有部分研究优化双链存储机制，分成数据溯源信息存储与数据溯源信息查询两部分。但这种方法忽略了数据之间的关联，难以实现高效的数据追溯。最近，一些研究人员使用了逆向溯源机制来解决溯源效率不高的问题。dai等人在2018年使用逆向溯源机制，构建逆置函数。
5.单一场景溯源技术目前已取得巨大进展，但在真实应用场景下，很少有单一场景出现，因此为了解决这种问题，提出了基于复合区块链的监控数据关联溯源方法。


技术实现要素：

6.发明目的：在真实应用场景下，监控视频信息不仅要满足有效实时存储，还得发现监控视频信息间的关联。因此本发明希望链下关联信息分析与复合链优化存储溯源相结合，解决复杂场景下的高效溯源，从而使得区块链溯源技术能够真正落到实处，为社会保障方面节省更多的资源。
7.1、一种基于区块链的监控数据关联溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.步骤1.1：监控设备分组与接入调度；
9.步骤1.2：使用视频感知哈希算法，分析视频流关键帧，提取视频指纹；
10.步骤1.3：组内视频相似度计算，标记关联视频；
11.步骤1.4：监控数据实时存储至ipfs，返回唯一cid至区块链，方便监控数据快捷访问，减轻所述复合区块链模块传输效率与存储压力；
12.步骤1.5：通过复合区块链，进行关键信息的块连结；
13.步骤1.6：复合区块链构建后，通过智能合约算法，完成原始数据访问与访问信息上链，每个节点的全部事务信息都存储在组内私有链中，对某一监控数据进行关联溯源时，以时间戳、关联信息块索引与哈希指针作为线索，使用对应公钥进行解密，查看关联信息，为授权用户查询关联信息及访问记录提供便利。
14.2、根据权利要求1所述的一种基于区块链的监控数据关联溯源方法，其特征在于，所述步骤1.1中监控设备分组与接入调度的方法如下：
15.步骤2.1：监控系统设备编号，将n个设备分成m组；
16.步骤2.2：计算设备监测环境相关度与空间距离，满足阈值自动分成一组；
17.步骤2.3：新设备接入或者设备损坏进行最优调整分组；
18.3、根据权利要求1所述的一种基于区块链的监控数据关联溯源方法，其特征在于，所述步骤1.2中提取视频指纹的方法如下：
19.步骤3.1：将视频进行切帧处理，使用帧间差分算法，对相邻帧进行差分计算；
20.步骤3.2：提取平均帧间差分强度的最大的视频帧作为关键帧；
21.步骤3.3：构建关键帧集合，形成视频指纹；
22.4、根据权利要求1所述的一种基于区块链的监控数据关联溯源方法，其特征在于，所述步骤1.3中关联视频标记的方法如下：
23.步骤4.1：计算对应视频指纹的汉明距离是否小于阈值，当小于阈值即认为视频关联，计算公式如下：
[0024][0025]
上式中，num表示对应视频相似指纹个数，len
va
，len
vb
分别表示对应视频指纹个数。
[0026]
步骤4.2：关联视频互编号，打上标签的同时，方便数据上链存储后实现关联信息查看。
[0027]
5、根据权利要求1所述的一种基于区块链的监控数据关联溯源方法，其特征在于，所述步骤1.5中关键信息块连结的方法如下：
[0028]
步骤4.1：将私有链与联盟链结合，构建复合区块链，私有链由组内设备与管理节点组成，用于组内关联信息查询与数据溯源，联盟链由各私有链节点组成，用于组间数据完整性验证与私有链协调；
[0029]
步骤4.2：监控设备唯一公私钥分发；
[0030]
步骤4.3：把设备id、组号、时间戳、存储地址、视频流时间以及关联信息索引等关键信息打包进区块，利用哈希串联；
[0031]
6、根据权利要求5所述的复合区块链构建方法，其特征在于，所述步骤4.1 中组内关联信息查询与数据溯源方法如下：
[0032]
步骤5.1：利用私有链的中心化程度高、数据隐私性强，将组内设备与管理节点作为私有链节点，包括轻节点与全节点；
[0033]
步骤5.2：将步骤1.4ipfs返回的唯一cid与步骤1.3标记的相似视频编号等数据摘要作为该私有链的事务，存储在merkle树的叶子节点中，实现信息高效验证。
[0034]
7、根据权利要求5所述的复合区块链构建方法，其特征在于，所述步骤4.1 中组间数据完整性与私有链协调方法如下：
[0035]
步骤6.1：各私有链全节点组成联盟链节点，其内部私有链网络相互连结，形成联盟链网络；
[0036]
步骤6.2：全节点在其组内区块链事务通过验证后，广播至联盟链，联盟链节点分布存储每一个节点事务信息，实现组间事务信息共享。
[0037]
本发明的有益结果：
[0038]
在单一场景溯源识别技术的基础上，结合相似度检测与链构建的相关技术，提出了一种复杂场景溯源的解决方案，节点可快速查询视频段与关联视频段，极大地改善了监控数据的真实性与关联性验证，方便关联监控数据查询。
附图说明
[0039]
图1是本发明所述的基于复合区块链的监控数据关联溯源方法的核心结构示意图；
[0040]
图2是监控设备分组调度流程示意图；
[0041]
图3是组内视频相似度检测关联流程示意图；
[0042]
图4是复合区块链架构图；
[0043]
图5是关联溯源查询流程图。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0045]
如图1所示，本发明所述的基于复合区块链的监控数据关联溯源方法，具体过程如下：
[0046]
步骤1：输入监控系统设备信息至分组调度模块，计算设备监测环境相关性与空间距离，进行关联分组，有新设备节点接入或者设备损坏进行最优调整分组，其中分组调度模块如图2所示：
[0047]
步骤1.1：截取相同时间下的静态场景监控图像，在计算联合直方图的基础上，计算联合熵h(a,b)，得到图像互信息，h(a,b)越小，互信息值越大，表明设备关联性越大，具体公式如下：
[0048][0049]
上式中，p
ab
(a,b)为概率联合分布，h(a,b)是相关性统计量。
[0050]
步骤1.2：建立三维空间坐标系，运用经典欧式距离公式计算，设备间的空间距离，具体公式如下：
[0051][0052]
上式中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),分别表示监控设备的空间坐标。
[0053]
步骤1.3：根据互信息值与设备空间距离，进行加权分类，实现监控设备分组调度。
[0054]
步骤2：使用视频感知哈希算法，分析视频流关键帧，提取视频指纹，计算指纹相似
度，标记关联视频，进行关联上链存储，具体流程如图3所示：
[0055]
步骤2.1：读取视频，并依次计算每两帧之间的帧间差分，进而得到平均帧间差分强度；
[0056]
步骤2.2：所有帧按照平均帧间差分强度进行排序，选择平均帧间差分强度最高的若干张图片作为视频的关键帧；
[0057]
步骤2.3：构建关键帧集合，通过dct将图像从像素域转换为频域，通过视频感知哈希算法，形成视频指纹；
[0058]
步骤2.4：计算对应视频指纹的汉明距离是否小于阈值，当小于阈值即认为视频关联，计算公式如下：
[0059][0060]
上式中，num表示对应视频相似指纹个数，len
va
，len
vb
分别表示对应视频指纹个数。
[0061]
步骤2.5：关联视频互编号，打上标签的同时，方便数据上链存储后实现关联信息查看。
[0062]
步骤3：通过ipfs星际文件存储系统，实时存储监控数据，返回唯一cid 至区块链，方便监控数据快捷访问，减轻复合区块链模块传输效率与存储压力。
[0063]
步骤4：将私有链与联盟链结合，构建复合区块链，私有链由组内设备与管理节点组成，用于组内关联信息查询与数据溯源，联盟链由各私有链节点组成，用于组间数据完整性验证与私有链协调，其中复合区块链架构如图4所示：
[0064]
步骤4.1：针对监控视频数据的特殊性，利用私有链的中心化程度高、数据隐私性强，将组内设备与管理节点作为私有链节点，包括轻节点与全节点；把从实体采集的事务信息通过哈希算法进行哈希运算生成唯一的hash值,通过加密算法对事务信息进行加密，将ipfs返回的唯一cid与标记的相似视频编号等数据摘要作为该私有链的事务，存储在merkle树的叶子节点中，通过哈希算法进行哈希运算生成唯一的hash值，存储在每一个节点的本地账本中，运用共识机制，组内私有链网络的每个节点将记录所有的事务信息。
[0065]
步骤4.2：各私有链全节点组成联盟链节点，其内部私有链网络相互连结，形成联盟链网络。各实体采集认证的事务流转信息,在私有链认证通过后,再通过联盟链分布存储在每一个管理节点的本地账本中,依附联盟链的所有管理节点将实现组间数据信息的互联共享。
[0066]
步骤5：复合区块链构建后，实体通过智能合约算法，实现原始数据访问与访问信息上链，每个节点的全部事务信息都存储在组内私有链中，对某一监控数据进行关联溯源时，如图5所示，以时间戳、关联信息块索引与哈希指针作为线索，使用对应公钥进行解密，以rdf格式返回关联溯源信息，得到视频cid与关联视频cid地址，通过特定播放器播放监控原视频，为授权用户查询关联信息及访问记录提供便利。
[0067]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。