[发明专利]一种基于区块链的工业物联网跨域信任管理方法

权利要求书

1.具体涉及一种基于区块链的工业物联网跨域信任管理方法，基本思路是：假设工业物联网系统中存在n个域(域1、域2，域3，....域n)，发起信任票据查询请求的设备是域1的IIoT设备A，该设备需要查询域2的IIoT设备B的信任票据；域1的IIoT设备A将通过用户模块把对域2的IIoT设备B的信任票据查询请求发送给信任管理中心；信任管理中心收到请求后首先启动与域2所对应的子区块链2中的信任票据生成器并调用其内嵌的智能合约TTG(Trust Ticket Generation)从子区块链2中的数据库中提取IIoT设备B的信任信息；然后TTG使用域1的信任评估机制为IIoT设备B生成当前的信任票据，同时将生成的信任票据发送给子区块链2的共识引擎，共识引擎将使用我们所设计的信任增强的实用拜占庭容错共识协议E-PBFT(Enhanced-Practical Byzantine Fault Tolerant)对该票据进行共识验证；最后，信任管理中心将验证的信任票据作为信任票据查询结果发送给域1的IIoT设备A；本发明通过信任票据在不同域的IIoT设备间建立信任关系，有效解决了工业物联网跨域信任管理问题；此外，引入多条区块链来管理信任，不仅提高了吞吐量，还极大地降低了共识验证的延迟；其特征在于包括以下步骤：

功能模块部署阶段：

首先在工业物联网跨域信任管理系统中部署若干个用户模块，其中每个域的IIoT设备部署1个用户端模块，然后部署一个信任管理中心；在信任管理中心部署多条子区块链，其中每个子区块链对应一个域，然后每条子区块链部署一个信任票据生成器、一个存储IIoT设备信任信息的数据库和一个共识引擎模块；每个信任票据生成器中内嵌一个TTG(TrustTicket Generation)智能合约，用来生成信任票据；

发送信任票据查询请求阶段：

发起信任票据查询请求的设备是域1的IIoT设备A，该设备需要查询域2的IIoT设备B的信任票据，域1的IIoT设备A将通过用户模块把对域2的IIoT设备B的信任票据查询请求发送给信任管理中心；

信任票据生成阶段：

信任管理中心收到请求后首先启动与域2的IIoT设备B所对应的子区块链2中的信任票据生成器并调用其内嵌的智能合约TTG(Trust Ticket Generation)，从子区块链2中的数据库中提取IIoT设备B的信任信息，然后使用域1的信任评估机制为IIoT设备B生成当前的信任票据，信任票据TTick_B的结构包括票据编号N_B，身份ID_B，IIoT设备B的公钥PK_B，可信度等级CL_B和有效期时间t_B；

信任票据共识验证阶段：

信任票据生成器生成IIoT设备B的信任票据后，通过子区块链2中的共识引擎对所生成的信任票据进行共识验证，为了增强共识协议的安全性，本发明在传统实用拜占庭容错共识协议PBFT的基础上设计了一个信任增强的实用拜占庭容错共识协议E-PBFT(Enhanced-Practical Byzantine Fault Tolerant)，其共识步骤包括：共识节点选择、区块打包、共识协商；

返回信任票据查询结果阶段：

共识验证通过后，信任管理中心将验证的信任票据作为信任票据查询结果发送给域1的IIoT设备A。

2.根据权利要求1所述基于区块链的工业物联网跨域信任管理方法，其特征在于：该方法的信任管理中心包括多条区块链；每一条区块链对应一个域，不同区块链互相独立，可以并行地调用智能合约和共识引擎为不同域的IIoT设备生成并验证信任票据，且在信任票据的生成过程中能够灵活的选择不同的信任评估机制。

3.根据权利要求1所述基于区块链的工业物联网跨域信任管理方法，其特征在于：信任票据中的可信度等级的计算公式如下：

其中：T_B是信任票据生成器调用其内嵌的智能合约TTG并使用域1的信任评估机制所计算出来的IIoT设备B的信任值。

4.根据权利要求1所述基于区块链的工业物联网跨域信任管理方法，其特征在于：在信任增强的实用拜占庭容错共识协议E-PBFT(Enhanced-Practical Byzantine FaultTolerant)的共识节点选择步骤中，E-PBFT共识协议从可信度等级为High的IIoT设备中选择一个设备为主节点，从可信度等级为High和Medium的IIoT设备中选择个设备为验证节点，其余节点为普通节点，其中n是一个子区块链中所有节点的数量，IIoT设备i被选为主节点/验证节点的概率为：

其中li是IIoT设备i作为最近Δt时间段内成为主节点/验证节点的次数，c_i是最近Δt时间段总的共识次数，在区块打包步骤中，由主节点负责将需要验证的信任票据打包成一个区块，并通过网络广播的形式发送给验证节点，在共识协商步骤中，验证节点负责验证和同步区块，当每个验证节点至少收到不同验证节点发送的相同验证消息时，则说明该区块通过验证。