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基于区块链的能源数据访问控制方法研究

葛纪红  
【摘要】:区块链技术因其所具有的高度可信、不可篡改、可追溯等特性,在学术界以及工业界引起了广泛的关注。区块链技术改变了传统的中心化信任的模式,它通过多方参与,多方共同记账的方式解决了信任问题,从而能够使交易双方放心的利用区块链平台进行交易活动。区块链技术在金融领域的探索与应用比较多,而它所具有的良好的特性使其在供应链、医疗、物联网、能源等领域也有了初步的应用。能源生产、交换、传输、消耗的过程中会产生大量的数据,这些数据会存储在不同的地区、不同的企业、或者企业的不同部门,其中数据基本不会对外共享,这会使得能源数据没能发挥出其所具有的价值,也阻碍了它的进一步地利用。目前来说,在能源公司内部实现跨部门数据的访问控制以及在不同的能源公司之间进行能源数据的共享时面临着数据不可信、隐私泄露、数据被篡改、数据所有权易丢失等问题,这些问题是数据共享的阻碍。而区块链技术的特点,可以有效解决能源数据被篡改,数据不可信等问题,在共享过程中对数据的访问权限进行控制,进一步保护用户的隐私。而当越来越多的用户对能源数据进行共享时,对区块链应用到能源数据共享中的效率会有更高的要求。针对以上问题本文对能源数据的访问控制以及区块链的共识机制做了详细的研究,主要工作如下:(1)为了更好的实现对能源数据的访问控制,提出了一种基于区块链和属性加密的能源数据访问控制模型。模型中提出了一种多联盟链的架构,各能源公司的数据信息存储在不同的数据链中,将能源数据的原始数据文件存储在本地数据库,区块链中存储数据摘要,然后利用所提出的支持外包的多授权属性加密方案来实现对数据的细粒度访问控制。针对单属性中心,容易出现单点失效的问题,提出支持多属性中心的方案,面对解密过程计算开销较大的问题,利用外包来缓解解密过程的计算开销,最后对该方案进行了仿真实验分析,通过与其他方案进行对比,本方案在加解密过程具有更高的效率。(2)提出了一种基于信誉机制的拜占庭容错共识算法。该算法中引入了简化的一致性协议以及信誉机制,通过对各节点在网络中的表现对其信誉值进行更新,然后根据信誉值将网络中的参与节点划分为主节点、共识节点以及存储节点。通过搭建实验仿真平台对该算法与PBFT算法的交易时延与吞吐量进行了对比分析,结果表明该方法交易处理速度要优于PBFT算法,所以该算法更适合用于能源数据共享场景中。(3)对基于区块链的能源数据访问控制系统进行了实现。首先对能源数据访问控制系统的需求进行了分析,然后根据需求分析设计了系统的整体架构与功能模块,最后利用Fabric搭建多联盟链的网络,完成前后端的功能实现与测试。


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