基于区块链的科研信息数据安全管理方法

本申请涉及科研信息数据安全管理，具体涉及基于区块链的科研信息数据安全管理方法。

背景技术：

1、区块链是一种安全存储分布式存储数据的方法，在科研信息数据管理时采用区块链进行数据管理，能有效保证数据安全。在区块链进行更新时，需要所有区块达成共识，再完成数据更新。当前的区块链共识机制主要采用pbft(practical byzantine faulttolerance)，但是其存在通信开销大的缺点，导致pbft难以适用于大规模网络。

2、ce-pbft算法（improved practical byzantine fault tolerance based oncomprehensive evaluation）是pbft的改进算法，其根据节点的信誉值和通信性能将节点划分为不同集群，先计算集群内共识，再计算集群间共识，以降低通信开销。但是ce-pbft算法在进行聚类划分多个集群时，直接选择信誉值和性能评价高的节点作为主节点，没有考虑到节点的位置分布，可能会导致某些集群的通信负载远超其它集群的负载，出现通信负载不均衡的情况，进而出现在ce-pbft算法运行时系统整体通信性能下降的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供基于区块链的科研信息数据安全管理方法，以解决现有的问题。

2、本申请的基于区块链的科研信息数据安全管理方法采用如下技术方案：

3、本申请一个实施例提供了基于区块链的科研信息数据安全管理方法，该方法包括以下步骤：

4、获取将科研信息数据存储在区块链中的各节点在各时刻的信誉值、性能评价指标和坐标；

5、将类间距离作为聚类距离，采用自上而下的层次聚类方法对各时刻下的所有节点进行聚类，得到多个类；

6、将每个类作为一个集群，将集群的中心节点作为全节点，集群内的其他节点作为该全节点的从节点，构建各时刻下的混合型网络拓扑结构；

7、对混合型网络拓扑结构采用共识机制，得到区块链中所有节点的共识结果，利用共识结果对科研信息数据进行安全管理；

8、其中，类间距离的确定方法为：

9、基于任意两个节点之间的坐标距离和性能评价指标，确定任意两个节点之间的通信难度系数；利用类内每个节点分别与中心节点之间的通信难度系数，确定每个类的总负载；

10、将待分裂的类记为目标类，基于目标类中预分裂成的两个类之间的总负载差异，以及两个类的中心节点的信誉值和性能评价指标，确定两个类之间的类间距离。

11、优选地，所述通信难度系数的确定方法包括：

12、获取任意两个节点的性能评价指标的和值；

13、将任意两个节点之间的坐标距离与所述和值的比值，作为所述通信难度系数。

14、优选地，所述中心节点为其所在类内，信誉值和性能评价指标之和最高的节点。

15、优选地，所述总负载的确定方法包括：

16、计算类内除中心节点外的其他所有节点分别与中心节点之间的通信难度系数的均值，作为对应类的总负载。

17、优选地，目标类的分裂方式为：利用类间距离最大时分裂成的两个类对目标类进行分裂。

18、优选地，对目标类进行分裂后的两个类中的节点数量相同或相差一个节点。

19、优选地，所述混合型网络拓扑结构为星型-网状拓扑混合的网络拓扑结构；具体的构建过程为：将所有全节点组成主集群，将每个集群记为子集群，利用主集群和子集群构建所述混合型网络拓扑结构。

20、优选地，所述类间距离的确定方法包括：将目标类中预分裂成的两个类分别记为第一类和第二类；

21、第一类和第二类之间的类间距离的表达式为：；式中，是t时刻第一类和第二类之间的类间距离，、分别是t时刻第一类、第二类的总负载，、分别是第一类、第二类的中心节点，、分别是t时刻、的信誉值，、分别是t时刻、的性能评价指标，z是防止分母为0的预设常数。

22、优选地，所述共识机制采用ce-pbft算法计算得到。

23、优选地，所述利用共识结果对科研信息数据进行安全管理，具体为：当共识结果一致时，将科研信息数据存储在区块链上；反之，不将科研信息数据存储在区块链上。

24、本申请至少具有如下有益效果：

25、本申请针对现有ce-pbft算法进行集群划分时，因为没有考虑节点分布特征导致的集群负载不均问题，提出一种基于区块链的科研信息数据安全管理方法，包括：通过结合节点的坐标距离和性能评价指标得到通信难度系数，用于表征节点之间互相通信的难度，把节点的坐标分布作为后续全节点选择时的考虑因素，从而减少整个系统进行通信时的通信消耗；通过分析类内节点与中心节点之间的通信难度系数差异计算总负载，用于估计一个类的通信负载大小，可以反映出通信沟通时需要的时间，从而使得划分类的方法更加合理，保证类之间的总负载差距较小；通过信誉值、性能评价指标、总负载差异计算类间距离，用于评估类之间的距离，将类间距离作为层次聚类算法的聚类距离，由于在计算类间距离时考虑了两个类的总负载差异，同时考虑到了节点的坐标分布，导致在层次聚类算法进行分裂时，倾向于将一个类分裂成两个负载相近的两个类，以此避免后续集群负载不均衡的问题，提高了现有ce-pbft算法运行时系统的整体通信性能。

技术特征：

1.基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述通信难度系数的确定方法包括：

3.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述中心节点为其所在类内，信誉值和性能评价指标之和最高的节点。

4.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述总负载的确定方法包括：

5.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，目标类的分裂方式为：利用类间距离最大时分裂成的两个类对目标类进行分裂。

6.如权利要求5所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，对目标类进行分裂后的两个类中的节点数量相同或相差一个节点。

7.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述混合型网络拓扑结构为星型-网状拓扑混合的网络拓扑结构；具体的构建过程为：将所有全节点组成主集群，将每个集群记为子集群，利用主集群和子集群构建所述混合型网络拓扑结构。

8.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述类间距离的确定方法包括：将目标类中预分裂成的两个类分别记为第一类和第二类；

9.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述共识机制采用ce-pbft算法计算得到。

10.如权利要求1所述的基于区块链的科研信息数据安全管理方法，其特征在于，所述利用共识结果对科研信息数据进行安全管理，具体为：当共识结果一致时，将科研信息数据存储在区块链上；反之，不将科研信息数据存储在区块链上。

技术总结本申请涉及科研信息数据安全管理技术领域，具体涉及基于区块链的科研信息数据安全管理方法，该方法包括：获取将科研信息数据存储在区块链中的各节点在各时刻的信誉值、性能评价指标和坐标；将类间距离作为聚类距离，采用自上而下的层次聚类方法对各时刻下的所有节点进行聚类，得到多个类；将每个类作为一个集群，将集群的中心节点作为全节点，集群内的其他节点作为该全节点的从节点，构建各时刻下的混合型网络拓扑结构；对混合型网络拓扑结构采用共识机制，得到区块链中所有节点的共识结果，利用共识结果对科研信息数据进行安全管理。本申请旨在将节点位置考虑到集群划分的过程中，提高了现有CE‑PBFT算法运行时系统的整体通信性能。技术研发人员：宋杨,方健,赵春园,孙浩然,王思文,肖杨,王石光,宋晨媛,穆东良受保护的技术使用者：吉林交通职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/10/10