基于区块链技术的视频内容防篡改、防丢失及恢复的方法技术

本发明专利技术提出了一种采用区块链技术，依托视频监控P2P网络来防止视频内容被篡改、视频内容丢失等异常情况的发生，以及这些异常视频内容如何恢复的方法。本发明专利技术通过设计合理高效的防篡改数据结构，包括节点类型、视频帧数据结构、视频区块结构和视频区块链结构等，并利用区块链原有的防篡改设计思路，结合本发明专利技术设计的防篡改方法，能有效的防止视频数据被篡改，而被篡改的视频数据能通过同步方法进行恢复。

Anti tampering, anti loss and recovery of video content based on blockchain Technology

【技术实现步骤摘要】
基于区块链技术的视频内容防篡改、防丢失及恢复的方法
本专利技术涉及区块链
，具体涉及一种利用区块链技术实现视频内容的防篡改、防丢失及恢复的方法。
技术介绍
区块链技术是集数据分布式存储、点对点传输网络、共识机制以及加密算法等计算机技术融合在一起的新型应用模式。从狭义来讲，区块链是一种按照时间先后顺序，将由数据组成的区块借助哈希指针顺序相连，以此组合成一种链式数据结构，同时以密码学方式保证了区块里数据的不可篡改，而这种链式数据结构是独立存储于不同节点，共识机制保证了不同节点所存储数据的一致性和不可伪造性。从广义上来讲，区块链是利用块链式数据结构来验证并存储数据，利用共识机制让分布式节点生成数据，并让节点独立验证并更新数据，利用密码学方式保证数据传输和访问的安全，利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构和计算方式。区块链是比特币使用的底层技术，而区块链技术最吸引人的就是它的去中心化思想，它摒弃了传统的由单一化中心机构来管理数据的方式，转而由全网所有的节点共同维护数据，实现安全地存储数据，具有不可伪造性、不可篡改性、可追溯性、匿名性等特点。由此可见，区块链是一个分布式账本，每个节点独立维护一份账本数据，每个账本数据包括了所有的历史数据，账本之间通过哈希指针连接。正常情况下，全网维护着共同的区块链数据，单个节点存储的数据与全网其他节点所维护的数据是一致的。一旦有攻击者试图篡改数据，那么区块链的共识机制和密码技术能保证攻击者很难得逞。近年来，国内接二连三的爆出诸如幼儿园虐童事件，甚至在治安条件最好的一线城市、收费昂贵的私立幼儿园也存在虐童现象。众所周知，视频监控资料一般都保存在园方，当执法部门和家长要求查看视频监控时，相关责任人总会以摄像头损坏、视频存储的硬盘受损等原因导致监控视频丢失或者监控视频中一些关键画面的缺失来推脱，造成执法部门不能有效取证，进而不能快速、有效的惩戒罪犯。因此，我们可以利用区块链的去中心化技术、加密技术和分布式存储技术来防范视频数据被篡改，并实现视频数据丢失检测、以及视频内容的恢复，从而为后期调查取证提供强有力的支撑，为社会监管和监督提供有力保障。
技术实现思路
本专利技术提出了一种采用区块链技术，依托视频监控P2P网络来防止视频内容被篡改、视频内容丢失等异常情况的发生，以及这些异常视频内容如何恢复的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术通过设计合理高效的防篡改数据结构，包括节点类型、视频帧数据结构、视频区块结构和视频区块链结构等，并利用区块链原有的防篡改设计思路，结合本专利技术设计的防篡改方法，能有效的防止视频数据被篡改，而被篡改的视频数据能通过同步方法进行恢复。上述方法通过下列步骤得以实现：设计视频监控P2P网络：视频监控P2P网络包含两种不同类型的节点：数据源节点和视频区块链节点，前者由摄像头组成，主要负责视频数据的生成与传播；后者负责接收、验证和转发视频区块，视频区块记账权的竞争以及视频区块链的存储与更新。设计防篡改数据类型和结构，包括如下：1、包含所有摄像机IP信息的创世区块；2、包含创世区块哈希值、摄像机IP等信息组成的摄像机头区块；3、视频数据按时间先后顺序两两结合组成梅克尔树结构；4、包含梅克尔树树根、帧总数、前序区块哈希值、摄像机IP等信息组成的视频区块；5、包含视频帧数据、时间戳、摄像机IP等信息组成的视频数据；6、由创世区块、摄像机头区块和视频区块组成视频区块链；7、每一路摄像机产生的视频单独对应有一条视频区块链，由对应的摄像机头区块指向同一个创世区块，那么有几台摄像机就有几个摄像机头区块及其后挂接的视频区块，它们都指向相同的创世区块；8、视频帧池存放经过有效性检查的视频帧数据，孤儿池存放着暂时没有前序视频帧数据到来的视频帧数据；9、告警池里存储各种告警信息。视频内容防篡改步骤如下所示：1、检验创世区块里的摄像机IP地址是否被篡改：1.1)在每个视频区块链节点中，由最先的创世区块开始，其后紧跟着摄像机头区块，头区块所存储的创世区块哈希值指向创世区块，当创世区块里的摄像机IP地址被篡改，那么被篡改的创世区块的哈希值就与摄像机头区块里存储的创世区块哈希值不一致，说明创世区块被篡改；1.2)如果篡改者有能力把摄像机头区块里的创世区块哈希值也一并篡改，甚至连摄像机头区块后序所有视频区块里的前序区块哈希值一同篡改，但这也只是篡改了创世区块所挂接的若干视频区块链中的一条，而其他视频区块链仍然会检测到创世区块被篡改；视频区块链节点以接入同一个创世区块的链条构成主链组，而这些链条又以最长的作为对接特定IP的主链；1.3)如果篡改者有能力将创世区块及其包含的所有视频区块链都篡改，那么可以采用将原始创世区块的哈希值存储到受限内存区域中，定时检测视频区块链节点所存有的创世区块的哈希值是否跟存储在受限内存区域中的哈希值是否一致，不一致则说明视频区块链节点的创世区块被篡改；2、防止篡改者使用伪造视频数据来篡改视频区块链2.1)采用比特币使用的工作量证明机制PoW，各个视频区块链节点通过比拼算力来公平竞争视频区块记账权，算力竞争对于各个节点几乎都是平等的，因此篡改者在正常情况下很难持续获得记账权，从而避免了篡改者制造最长的伪链；3、防止篡改者使用强算力来篡改视频区块链3.1)统计每次获得视频区块记账权的节点，如果在一个周期内，某个节点获得百分之五十以上的记账权，则产生告警；4、验证视频数据帧的有效性，防止伪帧加入视频区块链，或视频帧数据有丢失4.1)验证视频帧数据存储的摄像机IP地址是否合法，防止伪帧；4.2)验证视频帧数据存储的帧长度与实际接收到的帧长度，防止丢失；5、验证视频区块的有效性，防止伪造视频区块加入区块链5.1)验证视频区块里存储的摄像机IP地址是否合法，防止伪数据；5.2)验证视频区块是否符合工作量证明算法；5.3)验证视频区块的视频根节点哈希值是否与其下挂接的视频数据梅克尔树推算出的哈希值一致，防止视频数据被篡改；5.4)验证视频数据梅克尔树里所有的视频数据是否合法有效；6、视频帧数据的恢复6.1)对于数据不全的视频帧数据或者有未接收到的视频帧数据，需要通过从其他节点那里同步视频帧数据，这两种类型也就对应了告警池里的坏帧和丢帧两种情况，因此可以从告警信息得到它们所属的摄像机IP、帧编号以及时间戳，根据这三个参数结合就能从其他视频区块链节点那里定位到准确的视频数据，从而完成同步。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、设计了有效合理的视频监控P2P网络，依托此网络，视频内容不再掌握在唯一的所有者手里；2、能够有效防止视频内容被篡改；3、快速检测到视频内容的异常，能迅速的对异常数据进行恢复。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于区块链技术的视频内容防篡改、防丢失及恢复的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1、检验创世区块里的摄像机IP地址是否被篡改：/n1.1、在每个视频区块链节点中，由最先的创世区块开始，其后紧跟着摄像机头区块，头区块所存储的创世区块哈希值指向创世区块，当创世区块里的摄像机IP地址被篡改，那么被篡改的创世区块的哈希值就与摄像机头区块里存储的创世区块哈希值不一致，说明创世区块被篡改；/n1.2、如果篡改者有能力把摄像机头区块里的创世区块哈希值也一并篡改，甚至连摄像机头区块后序所有视频区块里的前序区块哈希值一同篡改，但这也只是篡改了创世区块所挂接的若干视频区块链中的一条，而其他视频区块链仍然会检测到创世区块被篡改；视频区块链节点以接入同一个创世区块的链条构成主链组，而这些链条又以最长的作为对接特定IP的主链；/n1.3、如果篡改者有能力将创世区块及其包含的所有视频区块链都篡改，那么可以采用将原始创世区块的哈希值存储到受限内存区域中，定时检测视频区块链节点所存有的创世区块的哈希值是否跟存储在受限内存区域中的哈希值是否一致，不一致则说明视频区块链节点的创世区块被篡改。/n2、防止篡改者使用伪造视频数据来篡改视频区块链：/n2.1、采用比特币使用的工作量证明机制PoW，各个视频区块链节点通过比拼算力来公平竞争视频区块记账权，算力竞争对于各个节点几乎都是平等的，因此篡改者在正常情况下很难持续获得记账权，从而避免了篡改者制造最长的伪链。/n3、防止篡改者使用强算力来篡改视频区块链：/n3.1、统计每次获得视频区块记账权的节点，如果在一个周期内，某个节点获得百分之五十以上的记账权，则产生告警。/n4、验证视频数据帧的有效性，防止伪帧加入视频区块链，或视频帧数据有丢失：/n4.1、验证视频帧数据存储的摄像机IP地址是否合法，防止伪帧；/n4.2、验证视频帧数据存储的帧长度与实际接收到的帧长度，防止丢失。/n5、验证视频区块的有效性，防止伪造视频区块加入区块链：/n5.1、验证视频区块里存储的摄像机IP地址是否合法，防止伪数据；/n5.2、验证视频区块是否符合工作量证明算法；/n5.3、验证视频区块的视频根节点哈希值是否与其下挂接的视频数据梅克尔树推算出的哈希值一致，防止视频数据被篡改；/n5.4、验证视频数据梅克尔树里所有的视频数据是否合法有效。/n6、视频帧数据的恢复：/n6.1、对于数据不全的视频帧数据或者有未接收到的视频帧数据，需要通过从其他节点那里同步视频帧数据过来，这两种类型也就对应了告警池里的坏帧和丢帧两种情况，因此可以从告警信息得到它们所属的摄像机IP、帧编号以及时间戳，根据这三个参数结合就能从其他视频区块链节点那里定位到准确的视频数据，从而完成同步。/n...

【技术特征摘要】
1.基于区块链技术的视频内容防篡改、防丢失及恢复的方法，其特征在于包括以下步骤：
1、检验创世区块里的摄像机IP地址是否被篡改：
1.1、在每个视频区块链节点中，由最先的创世区块开始，其后紧跟着摄像机头区块，头区块所存储的创世区块哈希值指向创世区块，当创世区块里的摄像机IP地址被篡改，那么被篡改的创世区块的哈希值就与摄像机头区块里存储的创世区块哈希值不一致，说明创世区块被篡改；
1.2、如果篡改者有能力把摄像机头区块里的创世区块哈希值也一并篡改，甚至连摄像机头区块后序所有视频区块里的前序区块哈希值一同篡改，但这也只是篡改了创世区块所挂接的若干视频区块链中的一条，而其他视频区块链仍然会检测到创世区块被篡改；视频区块链节点以接入同一个创世区块的链条构成主链组，而这些链条又以最长的作为对接特定IP的主链；
1.3、如果篡改者有能力将创世区块及其包含的所有视频区块链都篡改，那么可以采用将原始创世区块的哈希值存储到受限内存区域中，定时检测视频区块链节点所存有的创世区块的哈希值是否跟存储在受限内存区域中的哈希值是否一致，不一致则说明视频区块链节点的创世区块被篡改。
2、防止篡改者使用伪造视频数据来篡改视频区块链：
2.1、采用比特币使用的工作量证明机制PoW，各个视频区块链节点通过比拼算力来公平竞争视频区块记账权，算力竞争对于各个节点几乎...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲军，黄芸芸，
申请(专利权)人：黄芸芸，
类型：发明
国别省市：江苏;32