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基于区块链的可信物联网研究

范思嘉  
【摘要】:随着物理网技术的成熟与普及,物联网应用为人们带来了智能化的工作模式和生活方式,但随之而来的信息数据的隐私安全问题却不容忽视。物联网应用通过各种终端设备收集到的涉及用户隐私的信息数据,在生产、传输、处理、存储的过程中存在被泄露、丢失、篡改的风险,使得用户数据的隐私性和安全性得不到保障。而区块链自问世以来,就以其卓越的安全性而闻名,其所使用的密码学技术、独特的信任机制以及区块数据不可篡改的特性,为物联网的数据隐私安全问题提供了新的解决办法。本文旨在研究基于区块链的可信物联网架构,提出了一个利用区块链技术保障物联网的数据隐私安全的新方案。本文主要工作如下:提出了一个基于区块链的可信物联网架构。基于对使用区块链技术保障物联网数据隐私安全的可用性与可行性的理论分析,并综合考虑了物联网的终端设备资源有限、业务量大、实时性要求高、数据海量等特点,以及区块链的高安全性、不可篡改、便于审计的优势与事务延迟高、事务吞吐量低、链式存储的短板,设计出了一个能够完全发挥区块链的各种优势并且最大限度降低了区块链的短板所引入的负面影响的物联网架构,从而使区块链能够更好地服务物联网,保障物联网的数据隐私安全。设计了适用于物联网环境下的区块链共识算法。鉴于区块链应用于物联网场景这一情况,结合物联网应用场景的一般特点,对区块链的核心——共识算法进行了设计。所提出的共识算法基于经典的实用拜占庭容错算法(PBFT)进行了改进,并提出了一系列相关机制以保障共识算法的正常运行以及效率提升,通过仿真实验证实了该共识算法具有更高的共识效率与事务吞吐量,使得区块链能够更好地为物联网提供服务。设计了适用于新提出的物联网架构的业务处理流程。针对于所提出的基于区块链的可信物联网架构特点,设计出了一套完善的处理物联网业务的流程方案。针对不同的物联网业务类型,即常规业务、上链业务以及与链交互业务,分别制定不同的业务处理流程,在兼顾了区块链的利用效率的同时,保证了物联网业务处理的实时性与高效性,最终实现了一个可行的可信物联网架构。


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