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专利号: 2020109396391
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-09-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于边缘计算的轻量级区块链监管方法,其特征在于:依次包括以下步骤:

步骤S1、交易打包和确认,即所有边缘节点均通过求解PoW问题来产生对应领袖区块;

具体过程如下:

步骤S1.1、领袖节点Nodei生成有效领袖区块后立即向所有其他的边缘节点广播该领袖区块,所有其他的边缘节点Nodej检查该领袖区块的有效性,若Nodej验证出该领袖区块有效,则将该领袖区块附加到本地领袖链上,接着Nodej在最新领袖链上重新求解PoW问题以试图产生下一个新的领袖区块;如果验证出该领袖区块无效,则Nodej继续在原来的领袖链上继续求解PoW问题以试图产生一个新的领袖区块,这里j=1,2,…,i‑1,i+1,…,n,n为边缘节点总个数;

步骤S1.2、领袖节点Nodei选择一个新交易记录集合{Tx}t,然后计算签名 生成新的候选交易区块bt,并将bt广播给所有其他的边缘节点;

候选交易区块bt的格式为:

其中,blockHeight为区块高度,t为时间戳,PreHash为前一交易区块头的哈希值,NowHash是基于{Tx}t构建的Merkle哈希树的根哈希值;

步骤S1.3、一旦收到领袖节点产生的候选交易区块bt,所有其他的边缘节点Nodej基于签名 和未花费交易集UTXO来验证bt的有效性;若Nodej验证bt是有效的,则将bt签名为并将 广播给除Nodej以外其他边缘节点;

其中,j=1,2,…,i‑1,i+1,…,n,n为边缘节点总个数;

步骤S1.4、所有边缘节点收集所有其他边缘节点的区块签名;若一个边缘节点获得关于候选交易区块bt的半数以上签名,那么候选交易区块bt将被附加到该边缘节点本地存储的交易链上;

步骤S1.5、重复上述步骤S1.1至步骤S1.4,直到另一个领袖区块被产生;

步骤S2、获取碎片账本,即终端设备节点根据用户自己感兴趣的交易信息类型,向边缘节点发送数据访问请求,获取边缘节点存储的全账本;全账本记录所有的领袖历史和交易历史,碎片账本记录全账本中所有区块链头以及相应终端设备节点感兴趣的交易记录;

步骤S3、监管交易,即通过联盟链中的交易监管模块进行监管:

联盟链的中心控制器产生对称密钥key并确定访问策略树APT,然后调用加密算法来加密密钥key为CTkey,并将CTkey外包到云服务器进行存储,监管层中监管者向可信机构请求秘密属性密钥SKu,然后从云服务器端下载密钥密文CTkey,并使用SKu来解密对称密钥key;一旦有新候选交易区块bt被确认提交,则相应领袖节点使用对称密钥key来将新候选交易区块bt中的每一笔交易记录txi加密为CTXi,所有CTXi将被外包到云服务器;当监管者实施监管时,先从云服务器下载CTXi并解密为交易记录明文。

2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的轻量级区块链监管方法,其特征在于:所述步骤S1.2中生成候选交易区块bt的具体方法为:(1)、从当前所有新交易中选择一批新的有效交易作为待打包的交易集合{Tx}t,并设置区块体body={Tx}t;

(2)、基于{Tx}t构建一个Merkle哈希树MT,并标记根节点哈希值为NowHash;

(3)、设置区块链高度blockHeight=blockHeight+1,其中blockHeight在创世区块中初始化为0;

(4)、计算签名 其中ski是领袖节

点Nodei的私钥;

(5)、设置区块头 最终候选交易区块

为bt=

3.根据权利要求1所述的基于边缘计算的轻量级区块链监管方法,其特征在于:所述步骤S1.3中验证候选交易区块bt的具体方法为:(1)、初始化验证结果vrt=valid,其中valid表示“有效”;

(2)、从候选交易区块bt中获得领袖节点的签名

从候选交易区块bt中获得blockHeight,t,PreHash和NowHash,并计算h=hash(blockHeight||t||PreHash||NowHash),通过计算 其中pki是领袖Nodei的公钥;若h’≠h,则设置并返回验证结果vrt=invalid,结束验证,其中invalid表示“无效”;若h’=h,则执行步骤(3);

(3)、从候选交易区块bt中获得交易集合{Tx}t,并验证每笔交易的有效性;一旦有交易非法,则设置并返回验证结果vrt=invalid,结束验证;若所有的交易皆合法,则返回vrt=valid。

4.根据权利要求1所述的基于边缘计算的轻量级区块链监管方法,其特征在于:所述步骤S1中所有边缘节点并行求解PoW问题进而挖出新的领袖区块来竞争做领袖。

5.根据权利要求1所述的基于边缘计算的轻量级区块链监管方法,其特征在于:所述步骤S2中边缘节点在区块链中为旷工节点,边缘节点存储有全账本,全账本中记录所有领袖历史和交易历史,且分别打包领袖公钥和交易记录;所述终端设备节点在区块链中为轻节点,轻节点存储有碎片账本。

6.根据权利要求1所述的基于边缘计算的轻量级区块链监管方法,其特征在于:所述步骤S3中的交易监管模块为可插拔,该交易监管模块监管准入受限的联盟链系统交易行文,具体过程为:S3.1、联盟链的中心控制器首先产生对称密钥key以及确定访问策略树APT,并将key发送给所有的边缘节点进行共享,然后调用密文策略属性基加密CP‑ABE方案的加密算法CPABE.Encrypt来加密密钥key,密文为CTkey=CPABE.Encrypt(APT,key,PK),PK为监管层范围的公钥;最后将CTkey外包到云服务器进行存储;

S3.2、监管层中的每个监管者均可向可信机构请求秘密属性密钥SKu;然后可信机构调用CP‑ABE方案的密钥生成算法为监管者计算属性私钥,即SKu=CPABE.KeyGenerate(PK,MK,Au),其中Au是该监管者的身份属性集合,MK是可信机构的主密钥;

S3.3、监管者从云服务器端下载密钥密文CTkey,并使用SKu来解密对称密钥key;若该监管者的属性集合Au满足密钥密文CTkey关联的访问策略树APT,那么该监管者将能够成功解得key,即key=CPABE.Decrypt(PK,CTkey,SKu),否则只能获得空值null;

S3.4、一旦有新的候选交易区块bt被确认提交,那么相应的领袖节点使用对称密钥key来将候选交易区块bt中的每一笔交易记录txi加密,密文为CTXi=SE(key,txi),其中SE(·,·)表示一个对称加密算法;每个交易密文CTXi均被外包到云服务器;

S3.5、若监管者需要实施监管,则该监管者从云服务器下载交易密文CTXi,并使用对称密钥key来解密CTXi获得交易记录明文txi,即txi=SD(key,CTXi),其中SD(·,·)是与SE(·,·)对应的对称解密算法。

7.一种用于实现如权利要求1至6任意一项所述基于边缘计算的轻量级区块链监管方法的系统,其特征在于:包括监管层、云数据中心层、边缘节点层和终端设备层;所述边缘节点层中包括若干边缘节点,边缘节点承担区块链的矿工角色,通过求解PoW难题竞争记账权,并存储领袖链和交易链的全账本;所述终端设备层包括若干用户设备终端节点构成,终端节点从边缘节点层获得区块头和感兴趣的交易记录集合;所述云数据中心层包括云服务器,所述监管层包括多个交易监管者和可信机构,云数据中心层首先存储来自边缘节点层的账本密文,然后可以分享给监管层的任一交易监管者,最后只有指定的交易监管者才可以成功解密出账本的明文信息。