【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业物联网安全，同时涉及区块链智能合约，具体是一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法及系统。
技术介绍
1、工业物联网(iiot)指的是将先进的传感器、通信技术、数据分析和自动化技术应用于工业设备和过程中，以提高生产效率和经济效益。在工业制造过程中，存在着大量异构的智能设备，设备进行工业生产时生成的数据种类繁多、数量庞大。同时，设备的伪装、潜伏、越权等恶意攻击将对工业物联网造成巨大的经济损失。如何保护工业数据不被未授权访问和工业数据进行安全交互尤为重要。因此，海量且异构的工业数据安全成为一大研究重点，设备的身份认证和数据的安全交互已成为关注重点。
2、然而，传统工业物联网系统多为集中式，这将遭受单点故障、集中攻击、可扩展性差等问题。此外，依靠第三服务器或者第三方云来进行信息的传输、交互和存储，这不仅导致了中心化的问题，也会引起异步访问生产数据时隐私泄露、效率低下等问题。区块链是一种分布式账本技术，可以在没有中央权威机构的情况下安全地记录交易。将区块链应用于工业物联网中，可增强数据安全性和隐私保护、提供可靠的身份认证、提高数据透明度和可追溯性。通过在区块链上实施智能合约，工业物联网中的交易和流程可以自动化执行，减少人工干预和错误的可能性。这对于提高生产效率和降低成本非常有帮助。因此，将区块链的智能合约应用于工业物联网中具备可行性与研究意义。
3、综上，在工业物联网领域中，一个能够实现分布式管理的身份认证和异步数据交互的系统十分重要。基于此，本专利技术提出一种基于智能合约的工业物联网
技术实现思路
1、针对上述现状，本专利技术提供了一种能够为工业物联网过程中的数据提供安全保护，能够对参与生产的设备进行严格的身份认证，在实现去中心化的同时，提供工业设备高效身份认证和数据安全交互技术方案。本专利技术通过diffie-hellman(dh)密钥协商算法对schnorr非交互式零知识证明算法进行变体，采用智能合约自动化执行身份认证，最终实现适用于工业物联网环境的身份认证系统和能够实现异步数据交互的数据交互系统。本专利技术为工业物联网安全保护奠定基础。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、为了实现上述目的，本专利技术首先将工业物联网进行分布式的处理，将生产过程中的不同过程的设备划分为不同的部门，每个部门或者几个部门设置一个服务器，通过服务器实现与区块链的交互，区块链根据不同的阶段调用不同的智能合约来实现身份认证。
4、具体技术方案如下：一种基于区块链智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，涉及三个不同的智能合约，分别是身份智能合约、身份认证合约、数据交互智能合约，主要步骤包括初始化阶段、链上身份生成阶段、身份认证阶段、异步数据交互阶段，具体如下：
5、(1).初始化阶段
6、对申请身份认证的部门内的工业物联网设备进行链上注册以及对部门进行身份认证的参数进行初始化；
7、(2).链上身份生成阶段
8、申请身份认证的部门将自己的系统参数和公钥进行公开，通过服务器发送到区块链上，区块链调用身份智能合约，身份智能合约接收公共参数，并根据证明者上传的身份标识，生成该部门的链上身份并保存到集合当中；该部门根据身份智能合约的输出在本地计算得到自己的链上身份并计算得到自己的公私密钥；
9、(3).身份认证阶段
10、申请身份认证的部门在本地计算零知识证明所需要的参数，连同自己链上身份的哈希值共同输入到区块链，区块链调用身份认证合约，通过哈希值对比找到该部门需要验证的链上身份，进行链上身份认证；
11、(4).异步数据交互阶段
12、申请身份认证的部门通过认证之后，其身份得到了证明，通过调用数据交互智能合约，就可以进行异步的数据交互。
13、优选的，阶段(1).初始化阶段具体如下：
14、初始化阶段的部分主要是部门内的工业物联网设备进行链上注册以及对部门进行身份认证的系统参数进行初始化。首先对于刚进入部门的工业物联网设备，需要进行对其身份进行上链，然后才能在部门内运行。工业物联网设备选择一个随机数和加入部门的时间共同作为自己的身份码其中，n是按照设备加入部门顺序的从0开始的整数，表示整数集合。然后各设备将自己的身份码上传到部门i的设备集合devicegroupi中，i为任意整数，devicegroupi＝{deviceid1,deviceid2,...,deviceidn}。
15、需要申请进行身份认证的部门i在其服务器上进行系统参数(p,q,g)初始化，选择一个大素数p，选择p-1的一个大素数因子q，是p的整数乘积群，选择中素数阶为q的一个子群gq，g为乘积群gq的生成元。申请身份认证的部门i，选择一个标识符αi(0＜αi＜q)，并生成身份标识将标识符αi秘密保存。初始化后，申请身份认证的部门将自己的身份标识公共参数(p,q,g)进行公开，并将部门内的设备集合devicegroupi一同上传到区块链，此时整个系统已经具备了获取链上身份标识所需要的基础参数。
16、优选的，步骤(2).链上身份生成阶段具体如下：
17、本专利技术所设计的链上身份合约是基于dh密钥协商算法的，通过不同于申请身份认证部门的秘密数的身份标识，来生成该部门的链上身份。
18、部门i将身份标识发送到区块链，这时区块链调用链上身份合约，生成部门i对应的链上身份标识。身份合约的输入为部门i的公共参数(p,q,g)和身份标识ui。具体合约如下：
19、第一步：部门i输入参数(p,q,g)和身份标识ui；
20、第二步：身份智能合约根据公共参数(p,q,g)，选择一个随机值βi(0＜βi＜q)，计算并将发送给部门i；
21、第三步：身份智能合约根据部门i上传的身份标识ui和自己选择的随机值，根据式(1)计算部门i的链上身份idi；
22、
23、第四步：身份智能合约根据式(2)计算哈希值hi，并将idi保存到链上身份集合(id,β){(id1,β1),(id2,β2),...,(idn,βn),(idi,βi)}中进行存储；
24、hi＝h(p||q||g||idi) (2)
25、第五步：身份智能合约对进行hi备份，加入链上集合h{h1,h2,...,hn,hi}；
26、部门i收到来自区块链的ui'后，通过式(3)计算得知自己在区块链上的链上身份idi。部门i在计算完idi后，重新在本地选择一个不同于αi的秘密数xi(0＜xi＜q)并将idi和xi组成私钥ski＝(xi,αi)，同时计算公钥将秘密数xi与私钥ski在本地秘密保存。
27、
28、至此，部门i已经具备了进行身份认证的条件。
29本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是按如下步骤进行：
2.如权利要求1所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S1的初始化阶段具体如下：
3.如权利要求1或2所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S2中，链上身份生成阶段具体如下：
4.如权利要求3所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S2中，身份智能合约设计具体如下：
5.如权利要求1或2所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S3中，身份认证阶段具体如下：
6.如权利要求5所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S3中，身份认证合约设计具体如下：
7.如权利要求1或2所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S4中，异步数据交互阶段具体如下：
8.如权利要求7所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤S4中，数
9.一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互系统，基于权利要求1-8任一项所述的方法，其特征是包括如下模块：
...【技术特征摘要】
1.一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是按如下步骤进行：
2.如权利要求1所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤s1的初始化阶段具体如下：
3.如权利要求1或2所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤s2中，链上身份生成阶段具体如下：
4.如权利要求3所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是，步骤s2中，身份智能合约设计具体如下：
5.如权利要求1或2所述一种基于智能合约的工业物联网身份认证和数据交互方法，其特征是...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿超，章阳，徐欣，姚英彪，卢从慧，吴伟，刘晴，杨阿锋，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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