[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

说明书

本发明属于工业物联网领域，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：假设域1的设备A需要查询域2的设备B的信任票据，域1的设备A通过用户模块把对域2的设备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启动信任票据生成器为设备B生成当前的信任票据，同时将生成的信任票据发送给共识引擎，使用我们所设计的信任增强的实用拜占庭容错共识协议进行共识验证，最后，将信任票据查询结果发送给设备A。本发明通过信任票据在不同域的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，引入多条子区块链来管理信任，不仅提高了吞吐量，还极大地降低了共识验证的延迟。

技术领域

本发明属于工业物联网(Industrial Internet of Things，简称IIoT)领域，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：将某个域的IIoT设备对另外一个域的IIoT设备的信任票据查询请求通过用户模块发送给信任管理中心，信任管理中心收到请求后首先启动被查询设备所在域相对应的子区块链中的信任票据生成器并调用其内嵌的智能合约TTG(Trust Ticket Generation)从该区块链中的数据库中提取被查询设备的信任信息，然后使用请求设备所在域的信任评估机制为被查询设备生成当前的信任票据，同时将生成的信任票据发送给被查询设备所在域相对应的子区块链的共识引擎，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请求查询的设备。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。本发明具有一定的可扩展性，能很好应用到大规模工业物联网场景中。

背景技术

工业物联网(Industrial Internet of Things，简称IIoT)是实现“中国制造2025”战略的关键技术之一，工业物联网将IIoT设备(传感器、控制器或执行器等)部署到网络中并集成移动通信、智能分析等技术到工业生产过程中，以降低管理成本，提高生产效率。随着生产流程变得越来越复杂，一个完整生产工序通常需要多个域(如：工厂)协作完成。位于不同域的IIoT设备需要相互交互，实现生产过程中的数据共享和交换。然而，这些IIoT设备来自不同域，他们彼此之间并不互信。因此，出于安全的考虑，一些IIoT设备并不愿意参与数据共享。为了解决这个问题，现有的方法是在不同设备之间建立信任关系。

传统的信任管理方式有两种：集中式和分布式。集中式的方式通过单个信任实体管理整个IIoT网络，这个单个实体通常是所有域都信任的第三方机构。分布式的方式需要每个IIoT设备都计算其它设备的信任。集中式的信任管理方法存在单点失效和性能瓶颈问题。分布式的信任管理方法存在信任信息不可靠和每个节点的信任视图不一致的问题。近年，由于区块链技术具有不可篡改、去中心化、匿名性等特点被广泛应用到各领域。一些学者提出了基于区块链的分布式信任管理方法，其目的是保证每个设备信任视图的一致性和信任信息的可靠性。然而IIoT设备存储和计算资源有限，目前已有的基于区块链的管理方法是一种基于单链的架构，会导致存储开销大、吞吐量低、高事务延迟、共识效率低等问题，无法满足大规模工业物联网的实际应用需求，此外，现有的信任管理方法也忽略了不同域的信任评估机制的异构性。因此，迫切需要提出新的解决方法。

发明内容

本发明提出一种基于区块链的工业物联网跨域信任管理方法，解决来自不同管理域IIoT设备之间信任建立的问题。该方法考虑了信任建立的开销成本以及不同域所使用的信任评估方法的异构性，在信任管理中心部署了多条子区块链。