一种面向农机调度的区块链分片架构及其跨分片交互方法技术

本发明专利技术公开了一种面向农机调度的区块链分片架构及其跨分片交互方法，包括身份认证层、身份管理层和区域调度层，身份认证层包括身份认证、身份撤销和身份更新模块，身份管理层包含一条由固定数量的高算力节点构成的身份链；区域调度层由多条区域分片与其内部部署的调度合约组成，区块链分片架构通过身份链实现跨分片的通信与数据交互。本发明专利技术通过构建基于身份链的跨分片通信和数据交互协议支持跨区域调度的身份认证与数据处理，既支持域内数据的并行处理，并降低跨分片通信开销以支持农机调度中资源受限节点稳定运行，同时支持节点的动态身份认证，保证农机调度结构的可用性与强扩展性的同时，保证了跨区域调度中身份与数据的安全性。据的安全性。据的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向农机调度的区块链分片架构及其跨分片交互方法


[0001]本专利技术属于农机调度
，尤其涉及一种面向农机调度的区块链分片架构及其跨分片交互方法。

技术介绍

[0002]区块链技术可以有效解决农机调度中的信任与资源利用率的问题。然而目前农机调度服务组织以及用户的数目庞大，基于区块链的系统在节点规模大的情况下其性能会断崖式下降，同时，单个区块链账本的数据量也会随着时间的推移越来越大，在跨域农机调度过程中，对于农机服务组织以及零散节点来说，会存在大量的冗余数据，给节点造成存储与运行压力。而这些性能瓶颈都归因于区块链的可扩展问题；
[0003]农机调度的区块链分片架构是一种针对大规模调度用户与多区域交互的区块链网络的优化思路，以构建有信任且安全高效的农机调度网络，实现去中心化的分区域调度管理，在区块链分片方案中，节点被划分为多个子集，多子集并行处理事务，存储部分区块链状态，实现高性能与低存储量，各分片子集相互独立，可以自行执行调度策略，从而满足现实条件下各区域间调度策略的差异性；
[0004]区块链分片技术涉及多分片间的交互，然而，由于各分片间相互独立，使其分片间的交互存在困难，且由于农机调度中存在大量资源受限节点，高开销的跨分片方案难以应用至农机调度领域，因此，亟需一种面向农机调度的区块链分片架构及其跨分片交互方法来解决以上问题。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种面向农机调度的区块链分片架构及其跨分片交互方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种面向农机调度的区块链分片架构，包括身份认证层、身份管理层和区域调度层，所述身份认证层包括身份认证、身份撤销和身份更新模块，即三种功能模块，共同维护调度节点身份的安全性与有效性，所述身份管理层包含一条由固定数量的高算力节点构成的身份链，用于管理所有调度节点的身份信息以及协调各区域间的通信；所述区域调度层由多条区域分片与其内部部署的调度合约组成，实现区域内调度数据的并行处理，同时缓解调度数据的存储压力，所述区块链分片架构通过身份链实现跨分片的通信与数据交互，各区域分片间相互独立且仅与身份链连接，实现较低的通信开销。
[0008]优选地，所述身份认证层包括身份认证模块、身份撤销模块和身份更新模块，用于实现节点身份的动态维护，所述身份认证模块为核心模块，对农机调度数据的来源进行身份认证以查验节点身份的真实性与有效性，身份认证由认证合约自动执行，所述身份撤销模块是对问题节点的身份信息进行撤销，所述问题节点为身份认证未通过的节点，被撤销的节点无法继续收发调度数据；所述身份更新模块是对新加入的节点进行身份信息的录
入，身份动态维护包括如下步骤：
[0009]S1、身份认证阶段
[0010]为保证数据的可靠性，需要调用认证合约对数据来源进行身份认证,该阶段合约一次对消息的时间戳、节点所在区域以及其身份证明进行查验，若出现错误信息，进入步骤S2；若未出现错误信息，查验节点身份是否已存在，若不存在，进入步骤S3；若已存在，进入步骤S4；
[0011]S2、身份撤销阶段
[0012]身份认证执行完成后，若数据消息或身份证明存在异常，则将数据来源节点视为恶意节点，其身份信息被撤销，认证结果同步至身份链中删除其发送的数据；
[0013]S3、身份更新阶段
[0014]身份认证执行完成后，若数据与身份的查验无误，但节点身份尚不存在，则将节点视为新节点并更新至身份链中；
[0015]S4、数据授权阶段
[0016]身份认证执行完成后，若未出现错误信息，则可直接将认证结果同步至身份链中，并授权数据可使用。
[0017]优选地，所述身份认证层中身份的形成过程包括如下步骤：
[0018](1)调度网络中的基站节点、传感器节点、分布式服务器和客户端在内的所有节点都需要生成身份信息，这些信息以对应区域r表示为
[0019](2)基站和分布式服务器为连接的传感器节点和客户端以作为公钥并生成随机数作为私钥；
[0020](3)密钥对用于与同一区域中的传感器节点和客户端通信，所生成的节点信息由连接的基站和服务器以哈希值H(u
ID
||σ
u
)的形式管理，其中hash(u
ID
)表示节点u的ID的哈希值，是节点的签名，其中包含节点自身信息与相连接的服务器或基站的信息；
[0021](4)身份形成后会在本地区域存储，表示为并上传至身份链中进行维护。
[0022]优选地，所述身份管理层包括身份链，所述身份链由算力较高的分布式服务器或基站节点构成，所述身份链记录与存储调度中的节点所在区域与身份信息，同时为避免区域分片间的相互通信所造成的高额通信开销，身份链与各区域分片相连接，负责协调不同区域分片间的数据交互。
[0023]优选地，所述区域调度层包含多条按区域划分的分片网络，所述分片网络为区域分片，所述区域分片由区域内基站节点、传感器节点、服务器节点以及客户端共同维护，其中部署了区域调度智能合约，各分片并行执行合约以处理区域内部调度，并仅存储与自身区域相关的调度数据，以实现高性能与低存储的农机调度。
[0024]优选地，多条所述区域分片之间在农机跨区域调度中通过身份链进行跨片交互，跨片交互根据农机的跨域调度需求，构建基于身份链的跨分片通信和数据交互协议，所述跨片交互协议为身份链根据区域分片发起的调度请求转换为跨片请求，通过身份链中部署
的跨域调度合约生成农机调配结果，并将结果与证明发予相关区域分片。
[0025]优选地，一种面向农机调度的区块链分片架构的跨分片交互方法，所述跨片交互协议通过身份链进行分片间的数据交互，主要包含四个阶段，分别实现数据的请求、准备、预提交以及提交，具体跨片数据交互方法包括以下步骤：
[0026](1)数据请求阶段
[0027]客户端C在发起调度请求<request,t,c>后，区域分片节点
[0028]调用合约，R表示所有区域数目，若生成的调配结果涉及其他区域，该调度分片将调度请求<request,o,t,c>发予身份链网络，其中o为调配结果，t表示时间戳；
[0029](2)数据准备阶段
[0030]身份链节点首先将查验调配结果o，无误后将调配数据准备消息M＝＜prepare,o,t,c,v＞拆分为多个二进制数据包{m1,m2,...,m
n
}发送至相关区域分片，其中数据包与多项式F＝m1+m2x+m3x2+...+m
n
x
n
‑1相映射，表示为{m1,m2,...,m
n
}
→
{F(0),F(g),F(g2)...,F(1)}，其中m
n
＝Z(n)modF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向农机调度的区块链分片架构，其特征在于：包括身份认证层、身份管理层和区域调度层，所述身份认证层包括身份认证、身份撤销和身份更新模块，即三种功能模块，共同维护调度节点身份的安全性与有效性，所述身份管理层包含一条由固定数量的高算力节点构成的身份链，用于管理所有调度节点的身份信息以及协调各区域间的通信，所述区域调度层由多条区域分片与其内部部署的调度合约组成，实现区域内调度数据的并行处理，同时缓解调度数据的存储压力，所述区块链分片架构通过身份链实现跨分片的通信与数据交互，各区域分片间相互独立且仅与身份链连接，实现较低的通信开销。2.如权利要求1所述的一种面向农机调度的区块链分片架构，其特征在于：所述身份认证层包括身份认证模块、身份撤销模块和身份更新模块，用于实现节点身份的动态维护，所述身份认证模块为核心模块，对农机调度数据的来源进行身份认证以查验节点身份的真实性与有效性，身份认证由认证合约自动执行，所述身份撤销模块是对问题节点的身份信息进行撤销，所述问题节点为身份认证未通过的节点，被撤销的节点无法继续收发调度数据；所述身份更新模块是对新加入的节点进行身份信息的录入，身份动态维护包括如下步骤：S1、身份认证阶段为保证数据的可靠性，需要调用认证合约对数据来源进行身份认证,该阶段合约一次对消息的时间戳、节点所在区域以及其身份证明进行查验，若出现错误信息，进入步骤S2；若未出现错误信息，查验节点身份是否已存在，若不存在，进入步骤S3；若已存在，进入步骤S4；S2、身份撤销阶段身份认证执行完成后，若数据消息或身份证明存在异常，则将数据来源节点视为恶意节点，其身份信息被撤销，认证结果同步至身份链中删除其发送的数据；S3、身份更新阶段身份认证执行完成后，若数据与身份的查验无误，但节点身份尚不存在，则将节点视为新节点并更新至身份链中；S4、数据授权阶段身份认证执行完成后，若未出现错误信息，则可直接将认证结果同步至身份链中，并授权数据可使用。3.如权利要求2所述的一种面向农机调度的区块链分片架构，其特征在于：所述身份认证层中身份的形成过程包括如下步骤：(1)调度网络中的基站节点、传感器节点、分布式服务器和客户端在内的所有节点都需要生成身份信息，这些信息以对应区域r表示为(2)基站和分布式服务器为连接的传感器节点和客户端以作为公钥并生成随机数作为私钥；(3)密钥对用于与同一区域中的传感器节点和客户端通信，所生成的节点信息由连接的基站和服务器以哈希值H(u
ID
||σ
u
)的形式管理，其中hash(u
ID
)表示节点u的ID的哈希值，是节点的签名，其中包含节点自身信息与相连接的服务器或基站的信息；
(4)身份形成后会在本地区域存储，表示为并上传至身份链中进行维护。4.如权利要求3所述的一种面向农机调度的区块链分片架构，其特征在于：所述身份管理层包括身份链，所述身份链由算力较高的分布式服务器或基站节点构成，所述身份链记录与存储调度中的节点所在区域与身份信息，同时为避免区域分片间的相互通信所造成的高额通信开销，身份链与各区域分片相连接，负责协调不同区域分片间的数据交互。5.如权利要求4所述的一种面向农机调度的区块链分片架构，其特征在于：所述区域调度层包含多条按区域划分的分片网络，所述分片网络为区域分片，所述区域分片由区域内基站节点、传感器节点、服务器节点以及客户端共同维护，其中部署了区域调度智能合约，各分片并行执行合约以处理区域内部调度，并仅存储与自身区域相关的调度数据，以实现高性能与低存储的农机调度。6.如权利要求5所述的一种面向农机调度的区块链分片架构，其特征在于：多条所述区域分片之间在农机跨区域调度中通过身份链进行跨片交互，跨片交互根据农机的跨域调度需求，构建基于身份链的跨分片通信和数据交互协议，所述跨片交互协议为身份链根据区域分片发起的调度请求转换为跨片请求，通过身份链中部署的跨域调度合约生成农机调配结果，并将结果与证明发予相关区域分片。7.如权利要求6所述的一种面向农机调度的区块链分片架构的跨分片交互方法，其特征在于：所述跨片交互协议通过身份链进行分片间的数据交互，主要包含四个阶段，分别实现数据的请求、准备、预提交以及提交，具体跨片数据交互方法包括以下步骤：(1)数据请求阶段客户端C在发起调度请求<reque...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昊天，
申请(专利权)人：杨昊天，
类型：发明
国别省市：