(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111349769.0 (22)申请日 2021.11.15 (66)本国优先权数据 202011306991.8 2020.1 1.20 CN (71)申请人 北京邮电大 学 地址 100876 北京市海淀区西土城路10号 (72)发明人 韩道岐　陆月明　王东滨　高晖　 仵松颀　胡卓尔　 (74)专利代理 机构 北京永创新实专利事务所 11121 代理人 周长琪 (51)Int.Cl. G06F 21/62(2013.01) G06F 16/27(2019.01) G06F 16/2455(2019.01)G06F 16/22(2019.01) G06F 9/50(2006.01) H04L 67/1097(2022.01) H04L 67/12(2022.01) H04L 9/40(2022.01) (54)发明名称 一种轻量级可循环再生的区块链存储方法 及装置 (57)摘要 本发明提供了一种轻量级可循环再生的区 块链存储方法及装置， 涉及物联网、 区块链以及 网络安全技术领域。 本装置构建分层次、 分簇的 多账本区块链网络； 每个终端设备作为一个区块 链节点， 以区块链方式存储采集的数据； 终端设 备侧构建本地化的应用安全网络， 本地存证用户 权益； 边缘节点构建内存方式的缓存网络， 组织 形成任务导向的强化工作量算力网络， 轻量预制 每日分钟区块； 云平台构建分布式存储网络， 对 上传数据备份存储。 本方法基于所述装置， 对组 织结构内数据进行分层次、 分簇的多账本区块链 网络存储。 本发 明实现了对数据的贯通式保护机 制， 实现对隐私数据的保护， 实现数据的高质量 处理和高效流转保护， 数据可以溯源到网络末端 节点和芯片。 权利要求书3页 说明书12页 附图5页 CN 114065283 A 2022.02.18 CN 114065283 A 1.一种轻量级可循环再生的区块链存储装置， 应用于采用物联网的组织机构， 其特征 在于， 所述装置在物联网的终端设备、 边 缘节点和云平台三层结构上分别构建如下： (1)在终端设备侧， 将每个终端设备作为一个区块链节点， 终端设备采集的数据以区块 链方式存储； 在终端设备侧， 构建本地化的应用安全网络， 本地化存证用户权益信息和隐私 数据， 对用户权益信息区块链式管理； 根据数据的账本类型设置多 条区块链， 终端设备将采 集的数据根据不同类型 上传到对应的区块链存 储； (2)组织机构内每个簇设置有一个边缘节点， 在边缘侧的每个边缘节点构建内存方式 的缓存网络， 分簇缓存终端设备 上传的不同账本类型的实时流数据和交易记录； 边缘侧对每条账本类型的区块链， 采用层次化节点每日选举HRAFT共识模型， 每日投票 确定中心节点， 各中心节点并行打包本区块链的当日区块上传给云平台； 中心节点采用固 定每分钟区块策略预制当日区块， 当日区块包括当日1440个固定 分钟区块和上日余额笔数 的汇总信息块； 边缘节点缓存10分钟的交易记录和实时流数据； 中心节点每确定待打包的 10个固定 分钟区块后， 将待打包区块 发布给跟随节点， 将打包的10 分钟区块上传到 云平台； 在当日区块打包发送完成后， 中心 节点对该区块循环再生； 边缘侧组织形成任务导向的强化工作量RPoW算力网络， 为终端设备节点和边缘节点分 配任务， 渐近式批量 为固定分钟区块 生产工作量共识串； (3)在云平台上构建 分布式存 储网络， 对上传的数据进行 备份存储； 云平台每日融合144个10分钟区块， 打包压缩成一个每日链文件， 将每日链文件作 为永 久超级链上的一个区块， 上传云存 储网络。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的数据的账本类型包括视频流数据、 节点可信数据、 定期传感数据、 用户行为数据以及服 务使用数据。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的终端设备侧， 构建本地化的应用安 全网络， 包括： 在终端设备本地实现用户的注册和数据授权方式； 控制设备间、 用户和设备 间的服务访问和数据访问权限； 采集数据时， 提取出应用安全 元素作为数据权益内容， 形成 签名式权益数据， 再进行数据上传， 所述应用安全元素包括设备ID、 用户ID、 时间戳、 位置、 行为类型和可信令牌串。 4.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的边缘侧， 当终端设备上传视频流数 据时， 视频被分段切割缓存在终端设备本地， 对应的交易记录在当日区块打包确认后， 提交 任务方式， 逐步推进任务， 上传分段的视频流数据到云平台。 5.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的边缘侧， 针对每条账本类型的区块 链， 每日形成节点可信度账本， 通过HRAFT共识模型进行角色层次演进， 每日投票选举中心 节点； 其中， 节点可信度的计算方式是： 对节点每日的可信度， 使用模糊综合评价算法从工作 量W、 通信和打包能力P、 贡献度C三类指标综合加权获得归一化的评分； 再使用指数移动平 均算法综合节点过去一周的每日评分， 按时间距离指数加权， 获得节点可信度； 所述HRAFT算法是改进的RAFT算法， 划分出工人、 观察员、 书记员、 候选人和领导者 leader 5个级别的角色， 晋级 标准依据预先定义的适配模板， 5个级别角色使用逐步晋级的 总积分累计机制， 其中， 不同角色的积分计算为： 工人考察工作量证明PoW数量， 观 察员考察 读取和验证区块头数量， 书记员考察打包区块数量， 对候选人每日根据投票排序决定当日权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114065283 A 2的leader； 选取当日leader的方式是： 对每个候选人节点， 通过可信度加权投票方式， 度量候选人 支持度， 排序候选人节 点， 决定当日leader节 点； 工作过程中， 无需再 投票， 按顺序直接容错 选择下一位； 候选人c的可信度 PCWi是每个投票给候选人c的节点i的可 信度， n代 表参与投票的节点个数。 6.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述的边缘侧， 组织形成任务导向的强化 工作量RPoW算力网络， 实现方式是： 以最大化工作量PoW共识串难度为优化目标， 约束条件 包括时间限制条件LT、 资源限制条件L R、 及必须提交的任务数条件TS， 调度调节难度的参数 包括任务的优先级排序队列长度QT， 当前基础难度系数BF； 第i分钟的最优化工作量CD[i] 计算如下： max： CD[i]＝A(BF,QT)+γ(S(P [i])+γ(S(P [i+1]+…γS(P[n])) s.t. LT＝true LR＝true TS＝true 其中， max表示最大化， A(BF,QT)表示根据BF和QT预测当前可接受难度系数的限制的下 限， P[i]是预测的第i分钟的交易量， S是根据P[i]计算的需要投入的工作量， γ为衰减率； true代表满足条件； 基于当前观察的交易量， 使用卡尔曼滤波算法预测后续各分钟的交易量， 作为调度依 据； 其中， 通过累积历史 的多周期时间点和交易数， 预测当天的多周期峰值 时间范围， 作为 当前基础难度系数BF。 7.一种基于权利要求1～6任一所述装置的轻量级可循环再生的区块链存储方法， 其特 征在于， 针对基于物联网实现的组织结构， 实现步骤 包括： 步骤1， 构建分层次、 分簇的多账本区块链网络； 其中， 分层次是指分终端设备、 边缘节 点和云平台三层； 分簇是指组织结构 内每个边缘节点对应一个簇； 多账本是指根据数据的 账本类型设置多条区块链， 账本类型包括视频流数据、 节点可信数据、 定期传感数据、 用户 行为数据以及服 务使用数据； 步骤2， 在终端设备本地存证用户权益和隐私数据， 区块链式管理用户权益； 对终端设 备采集数据时， 形成签名式权益数据， 以进行权益验证； 步骤3， 对每条账本类型的区块链， 采用层次化节点每日选举HRAFT共识模型， 每日投票 确定中心节点； 边缘节点分簇缓存不同账本类型 的实时流数据和交易记录； 预制当日每分 钟的固定区块； 中心节点并行打包本区块链的当日区块上传给云平台； 当日区块包括当日 1440个固定分钟区块和上日余 额笔数的汇总信息块； 中心 节点循环再生每日区块； 步骤4， 组织形成任务导向的强化工作量RPoW算力网络， 为终端设备节点和边缘节点分 配任务， 计算固定分钟区块的工作量共识串； 对数据访问和验证时， 进行PoV共识验证， PoV 共识验证算法根据安全级别， 设置组合的验证算法和验证串难度； 步骤5， 物联网的终端设备采用5G模组芯片， 在5G模组芯片内嵌入可信注册和统计业务 数据流量、 上链通信处理和 安全加密签名的计算处理模块； 对物联网数据可溯源到网络末权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114065283 A 3