基于平行链DAG区块链的工业互联网数据共享方法与流程

本发明涉及工业互联网的数据共享领域，尤其是利用区块链技术共享工业数据。通过相似性分区并在分区间设置隔离，实现数据的部分可见，以最大程度确保数据隐私安全。然后，通过多样性权重计算，让多样性大的共享区块更快得到共识，保证共享数据的有用性。构建平行链有向无环图结构，通过跨分区引用方法，利用有向无环图结构的并行性，实现分区内和跨分区数据共享的并行共识，从而提高系统的吞吐量。

背景技术：

1、我国正处在工业发展的转型期，工业间的合作是实现跨越式发展的关键手段，工业生产实践中产生大量的数据，比如生产现场相关传感器、控制器所产生的工业物联网数据，这些数据对于企业和工业生产过程的管理和优化起着重要作用，所以工业实体间合作的主要途径是数据共享，通过充分利用工业生产数据的共享，合作伙伴可以更加紧密地协同工作，提高整个工业生态系统的效率、灵活性和创新能力，然而，实现工业实体间的数据共享既需要可靠的数据，又需要安全可信的数据共享平台和方法；所以，区块链作为一种具有去中心化、防篡改和可溯源等特性的技术，可以成为工业互联网环境下实现不同领域、不同行业实体之间数据共享的重要工具，但是区块链系统的低吞吐量难以满足工业互联网生产环境的要求。

2、为了解决低吞吐量的问题，实现安全可信和高性能的数据共享，本专利提出了一种基于平行链有向无环图区块链的工业互联网数据共享方法，为了保护共享数据的隐私安全，提出基于jaccard相似系数的分区方法，计算工业实体间的相似性，并根据工业实体间相关程度的大小在实体之间设置分区隔离，不同分区仅能访问共享的数据区块，实现数据的部分可见，保护了数据的隐私安全，为了保证数据的可用性，提出基于jaccard距离的多样性计算方法，根据共享数据区块的多样性大小为每一个数据区块分配归一化权重，并按照权重依次对区块达成共识，使得实体更倾向于共享有用的数据，保证了共享数据的有用性，为了提高数据共享系统的吞吐量，提出基于平行链dag的跨分区引用方法，通过不同分区对跨分区共享数据区块的投票表示对该区块的引用，并构建平行链有向无环图账本存储结构，利用有向无环图结构的并行性，实现分区内和分区间数据共享的并行共识，从而提高系统的吞吐量。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于平行链有向无环图区块链的工业互联网数据共享方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、本发明包括以下步骤：

4、1)工业实体注册节点，具体实施步骤如下：

5、a)工业实体提供必要的身份信息，包括实体名称、注册信息等；

6、b)系统对提供的身份信息进行验证，确保实体的合法性和真实性；

7、c)验证通过后，系统为工业实体分配唯一的身份标识，该标识用于在系统中唯一标识该实体，同时分配一个密钥对。

8、2)构建工业互联网分区，具体实施步骤如下：

9、a)根据工业实体间的相似性sn，将相互关联的工业实体划分到独立的分区；

10、

11、b)在系统架构中实施网络隔离措施，确保不同分区之间的数据流通有序而安全。

12、3)分区内数据共享，具体实施步骤如下：

13、a)提案阶段：分区内的工业实体e提出数据共享提案包括待共享数据内容的摘要d，节点标识i，提案编号n，当前视图v，消息摘要m，并对消息进行签名σi；

14、b)投票阶段：分区内的其它工业实体在接收到实体e的提案消息后，对消息进行验证，验证通过后向分区内的工业实体广播投票消息

15、c)确认阶段：当分区内的实体接收并验证了大多数(一般为分区内总实体数的2/3)来自不同实体的投票消息后，向实体e发送确认消息

16、d)公布阶段：当工业实体e收到大多数实体发送来的确认消息并验证消息的正确性后，将数据摘要d对应的待共享数据打包成数据区块block，并封装在中广播给分区内的各个工业实体，工业实体接收到公布消息后根据<v,n.d>将数据区块按确定顺序上链。

17、4)跨分区数据共享，具体实施步骤如下：

18、a)分区内实体将待跨分区共享的数据区块的摘要d和区块的哈希值hash封装在消息中发送给同步节点，另外包括实体标识i，分区标识f，目标分区标识集合o；

19、b)同步节点接收到跨分区数据共享的消息并验证和确认其正确性和有效性；

20、5)数据多样性计算：

21、a)同步节点计算接收到的跨分区数据共享提案消息集合cs＝{d1,d2,…,dn}中每个待分享数据的多样性；

22、

23、其中，n表示待共享区域块的个数，di和dj表示第i个跨分区共享数据区块的摘要，di∪dj和di∩dj分别表示第i个和第j个跨分区共享数据摘要的并集和交集；

24、b)根据计算得到的待分享数据的多样性为其分配权重wi。

25、

26、其中，diversityi表示第i个跨分区共享数据的多样性，maxdiversity和mindiversity分别表示跨分区共享数据中的最大和最小多样性。

27、6)构建平行链dag全局状态账本：

28、a)同步节点根据共享数据区块摘要将每个分区构建成单独一条链，并按照跨分区共享区块的相互引用关系，将各个平行的数据区块构成的单链连接起来，构成平行链dag全局状态账本；

29、b)同步节点将全局状态账本，按照gossip协议在同步节点之间进行同步更新。

30、7)跨分区共享数据区块共识：

31、a)同步节点将收到的跨分区数据共享消息加上权重后逐个转发其它的工业互联网分区其中k是节点标识；

32、b)相关分区在收到跨分区数据共享确认消息后，按权重大小依次对消息进行验证和确认，通过后向同步节点广播跨分区数据共享投票消息

33、c)同步节点接收到足够达到全局共识条件的投票消息后，向源分区发送请求消息请求完整数据，其中pk是投票消息证明，达到全局共识条件一是所有相关分区直接引用该数据区块，二是大多数分区直接或者间接引用该数据区块；

34、d)源分区接收跨分片共享数据请求消息后验证消息的合法性，当接收到足够多的来自不同的同步节点发送来的消息后，向同步节点广播回复消息

35、e)同步节点确认回复消息正确性后为该共享数据区块分配编号，同时将该共享数据区块发送给投票的分区。

36、本专利的有益效果在于：

37、本专利是一种基于平行链有向无环图区块链的工业互联网数据共享方法，一般的分片区块链通过分片缩小网络规模以达到分片内事务的并行处理，以此来提高系统的吞吐量，但是，分片系统中过高的跨分片事务处理极大地影响的系统性能，导致系统吞吐量降低，为了进一步提高系统吞吐量，以满足工业互联网生产环境中对于数据安全高效共享的要求，本专利提出了一种基于平行链有向无环图区块链的跨分区引用方法共享工业数据，并实现数据部分可见，为了保护共享数据的隐私安全，提出基于jaccard相似系数的分区方法，计算工业实体间的相似性，并根据工业实体间相关程度的大小在实体之间设置分区隔离，不同分区仅能访问共享的数据区块，实现数据的部分可见，保护了数据的隐私安全，为了保证数据的可用性，提出基于jaccard距离的多样性计算方法，根据共享数据区块的多样性大小为每一个数据区块分配归一化权重，并按照权重依次对区块达成共识，使得实体更倾向于共享有用的数据，保证了共享数据的有用性，为了提高数据共享系统的吞吐量，提出基于平行链dag的跨分区引用方法，通过不同分区对跨分区共享数据区块的投票表示对该区块的引用，并构建平行链有向无环图账本存储结构，利用有向无环图结构的并行性，实现分区内和分区间数据共享的并行共识，从而提高系统的吞吐量，以区块链技术为基础构建面向工业互联网的数据共享方法，不仅能够为工业互联网中的工业实体间的数据交互和共享提供基础的平台，为工业实体间创造良性的合作和信任环境。