一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，初始化后的森林型分层区块链中的若干对等节点未选出新领导节点、领导节点任期到期或者领导节点掉线时，则产生选举，得到领导节点，采用基于森林型分层区块链共识算法，实现节点共识，领导节点生成共识分配；共识分配的物联网设备发送数据到节点，节点生成多叉树链区块；当领导节点掉线、任期即将结束或者竞选失败且未选出新领导节点时，重复领导节点生成共识分配的过程。本发明专利技术减少链数据在多节点冗余的情况，避免了分层时数据存储选择的节点过于集中；利用区块链的防篡改可追溯特性，节点宕机重连或新的节点加入时，可根据区块链中区块数据恢复至最新森林型分层区块链状态。分层区块链状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法


[0001]本专利技术属于物联网数据处理
，涉及一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法。

技术介绍

[0002]随着智能化汽车的不断普及，智能化驾驶汽车及其子系统的复杂性增加了出事故的概率，同时这些车辆本身存在的漏洞很容易让不法分子劫持利用，而且汽车品牌方因名誉或利益等问题很难承认一些漏洞问题。上面所述的种种问题暴露出智能化驾驶车辆在信息数据安全、数据集中式存储、数据不透明性等方面存在很大的问题，同时监管部门在处理此类问题时难以找到问题的责任方，产生的纠纷难以得到有效的信息数据支撑、难以得到更加完善的解决。
[0003]目前国内外常规的区块链模型难以应对高TPS(Transactions Per Second:事务数/秒，一个事务是指一个客户机向服务器发送请求然后服务器做出反应的过程)数据上链的问题，区块出块速度过慢，常见的区块链平台速度从几十块每秒到一千块每秒左右不等，而物联网的数据可到达几千条数据每秒，随着物联网设备的逐渐增多TPS会逐渐增大，导致市面上的区块链平台难以应对海量数据。
[0004]同时，鉴于上述区块链平台的痛点，一些现有的系统会摒弃区块链的核心共识算法。尽管没有了区块链的核心思想共识算法，区块上链速度能够得到提升，但是缺乏了共识算法的区块链模型并不能够真的被称为区块链，这就导致一些区块链模型沦落为四不像的尴尬局面。此外，区块链一个难以解决的问题在于所有节点均需要对数据进行备份存储，这样导致大量的数据冗余，消耗大量的硬件存储空间。
[0005]区块链技术实现了完全的交易透明性和不可篡改性，因此数据能够永久的发布在分布式账本中。区块链的去中心化技术意味着系统中所有的节点权利均为对等的，在系统中这任何一方不能随意命令其他一方。此外，区块链网络中的每一方都维护着分类帐本，这则会使任何一方都变得难以欺骗，因区块链的透明度和不可篡改性，网络的脆弱性会得到缓解。
[0006]在传统的区块链模型中，生成一个区块均需其他节点进行验证并返回回应后才能入链，每一个区块入链均与其他节点多次交互，这个过程是十分耗时的。目前国内外常规的区块链模型难以应对高TPS数据上链的问题，随着车联网终端的逐渐增多TPS会逐渐增大，导致市面上的区块链平台难以应对如此庞大的数据。其次，鉴于上述区块链平台的痛点，一些现有的系统会摒弃区块链的核心共识算法，尽管没有了区块链的核心思想共识算法，区块上链速度能够得到提升，但是缺乏了共识算法的区块链模型并不能够真的被称为区块链，这就导致一些区块链模型沦落为四不像的尴尬局面。此外，区块链一个难以解决的问题在于所有节点均需要对数据进行备份存储，这样导致大量的数据冗余，消耗大量的硬件存储空间。

技术实现思路

[0007]为解决传统区块链TPS低、节点竞争耗时、存储空间占用大导致物联网系统数据难以高效、可靠的入链等问题，本专利技术的提出了一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，该方法既保留了区块链天然的特性，又能让高TPS的物联网数据突破上述传统区块链的限制，达到数据安全、高效的存入区块链系统，同时降低区块链数据冗余所带来资源浪费的诟病。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：根据证书密钥认证机制，初始化森林型分层区块链；
[0011]步骤2：当初始化后的森林型分层区块链中的若干对等节点未选出新领导节点、领导节点任期到期或者领导节点掉线时，则产生选举，得到领导节点，采用基于森林型分层区块链共识算法，实现节点共识，然后领导节点生成共识分配；
[0012]步骤3：共识分配的物联网设备发送数据到节点，节点生成多叉树链区块，存入到节点本地存储的多叉树链对应节点的分支链中，并将多叉树链区块广播至轻节点和全节点，轻节点验证多叉树链区块，全节点验证及存储多叉树链区块并补全缺失区块；
[0013]步骤4：当领导节点掉线、任期即将结束或者竞选失败且未选出新领导节点时，进行步骤2。
[0014]进一步的，证书密钥认证机制更证书授权机构构建。
[0015]进一步的，证书密钥认证机制包括建立证书机构CA、公私钥生成、利用私钥签名以及利用证书验签。
[0016]进一步的，步骤2的具体过程如下：
[0017]2.1)当前森林型分层区块链中的节点N
i
发现与领导节点失联或者领导节点任期到期，则向其他节点发出自己竞选领导请求；
[0018]2.2)领导节点随机生成一个任期时长；
[0019]2.3)若任期时长在任期Δ时长范围内，则进行步骤2.4)；若任期时长不在任期Δ时长范围内，则进行步骤2.2)；
[0020]2.4)节点N
i
向其他节点广播自己的竞选请求；
[0021]2.5)其他节点在收到节点N
i
的广播后，判断节点N
i
的竞选请求是否合法，若不合法，则回复请求无效；若合法，则依据其他节点是否是竞选节点，再判断请求是否有效；若有效，则进行步骤2.6)；
[0022]2.6)当节点N
i
得到森林型分层区块链中节点的三分之二以上同意的请求回应票数时，则表示节点N
i
选举领导成功，得到领导节点，且当前任期内只有节点N
i
一个领导，则跳转至步骤2.7)，否则表示该轮节点N
i
竞选失败，进行步骤2.1)；
[0023]2.7)节点N
i
同时颁布共识分配，并通知其他节点对应的共识分配和生成主链区块Bc
＜k,d＞
，其中，k表示主链的区块序号，d表示任期序号，主链区块Bc
＜k,d＞
作为当前任期内所有多叉树链分支的入口。
[0024]进一步的，步骤2.5)中，依据其他节点是否是竞选节点，再判断请求是否有效的具体过程如下：
[0025]a)其他节点是竞选节点，判断节点N
i
上任的任期是否大于竞选节点，若大于，则同
意节点N
i
做领导且不再竞争领导，如果等于或者小于，则请求无效；
[0026]b)其他节点是非竞选节点，判断节点N
i
请求的任期是否大于等于竞选节点，若大于等于，则同意节点N
i
做领导，若小于，则请求无效。
[0027]进一步的，步骤的3具体流程如下：
[0028]1)共识分配的物联网设备将物联网数据发送到节点N
i
，节点N
i
判断物联网数据是否正确，若不正确，则丢弃数据，若正确，则判断物联网数据否是对应共识分配的物联网设备发来的数据，若是，则跳转至步骤2)，否则，节点N
i
将数据转发至对应共识分配的节点N
i+1
，然后物联网设备将数据均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据证书密钥认证机制，初始化森林型分层区块链；步骤2：当初始化后的森林型分层区块链中的若干对等节点未选出新领导节点、领导节点任期到期或者领导节点掉线时，则产生选举，得到领导节点，采用基于森林型分层区块链共识算法，实现节点共识，然后领导节点生成共识分配；步骤3：共识分配的物联网设备发送数据到节点，节点生成多叉树链区块，存入到节点本地存储的多叉树链对应节点的分支链中，并将多叉树链区块广播至轻节点和全节点，轻节点验证多叉树链区块，全节点验证及存储多叉树链区块并补全缺失区块；步骤4：当领导节点掉线、任期即将结束或者竞选失败且未选出新领导节点时，进行步骤2。2.根据权利要求1所述的一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，其特征在于，证书密钥认证机制更证书授权机构构建。3.根据权利要求1所述的一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，其特征在于，证书密钥认证机制包括建立证书机构CA、公私钥生成、利用私钥签名以及利用证书验签。4.根据权利要求1所述的一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，其特征在于，步骤2的具体过程如下：2.1)当前森林型分层区块链中的节点N
i
发现与领导节点失联或者领导节点任期到期，则向其他节点发出自己竞选领导请求；2.2)领导节点随机生成一个任期时长；2.3)若任期时长在任期Δ时长范围内，则进行步骤2.4)；若任期时长不在任期Δ时长范围内，则进行步骤2.2)；2.4)节点N
i
向其他节点广播自己的竞选请求；2.5)其他节点在收到节点N
i
的广播后，判断节点N
i
的竞选请求是否合法，若不合法，则回复请求无效；若合法，则依据其他节点是否是竞选节点，再判断请求是否有效；若有效，则进行步骤2.6)；2.6)当节点N
i
得到森林型分层区块链中节点的三分之二以上同意的请求回应票数时，则表示节点N
i
选举领导成功，得到领导节点，且当前任期内只有节点N
i
一个领导，则跳转至步骤2.7)，否则表示该轮节点N
i
竞选失败，进行步骤2.1)；2.7)节点N
i
同时颁布共识分配，并通知其他节点对应的共识分配和生成主链区块Bc
＜k,
，其中，k表示主链的区块序号，d表示任期序号，主链区块Bc
＜k,
作为当前任期内所有多叉树链分支的入口。5.根据权利要求4所述的一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，其特征在于，步骤2.5)中，依据其他节点是否是竞选节点，再判断请求是否有效的具体过程如下：a)其他节点是竞选节点，判断节点N
i
上任的任期是否大于竞选节点，若大于，则同意节点N
i
做领导且不再竞争领导，如果等于或者小于，则请求无效；b)其他节点是非竞选节点，判断节点N
i
请求的任期是否大于等于竞选节点，若大于等
于，则同意节点N
i
做领导，若小于，则请求无效。6.根据权利要求1所述的一种基于森林型分层区块链的高效物联网数据处理方法，其特征在于，步骤的3具体流程如下：1)共识分配的物联网设备将物联网数据发送到节点N
i
，节点N
i
判断物联网数据是否正...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨旭，黄鸿斐，程加成，桑新欣，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：