基于联盟区块链的体域网信息安全方案
发布时间：2022-02-05 04:30
随着物质生活的提高,医疗技术的不断改进,世界人口的人均寿命也在不断地增长,世界上的发达国家和部分发展中国家都面临着严重的老龄化问题。相比于庞大的老龄化群体,各国拥有的医护人员数量远不能满足需求,因此诞生了智慧医疗的体域网系统。无线体域网系统可以通过传感器采集到用户的生理数据,并通过汇聚节点将用户的数据发送给云端医疗机构,既能减少人工成本又能及时发现患者的病症,为老人和患者的健康提供了保障,但同时也增加了患者隐私泄露的风险。为了保障体域网中用户生理信息的完整性和隐私性,本文提出一种利用区块链技术保护体域网信息安全的方案,测试评估了该方案的可行性,并对该方案的共识算法进行了改进使之更适用于体域网系统。本文主要的研究内容和成果如下:1.本文首先确立了使用联盟区块链Hyperledger Fabric来为体域网系统建立安全机制,再使用非对称加密技术、签名与证书技术和公钥基础架构等技术建立了体域网身份认证的机制,能够在一定程度上维护用户数据的隐私性避免被联盟外的节点窥探到,再通过编写智能合约实现了用户的生理数据传达给区块链网络中的所有节点,并通过Kafka共识使用户的生理数据得到全网认可而难以被...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
007-2020年中国老年人口数量Figure1-1ThenumberofelderlypeopleinChinafrom2007to2020
广西大学硕士学位论文基于联盟区块链的体域网信息安全方案72.2区块链底层技术区块链的底层技术是体域网信息安全的保障，区块链的结构包含七层分别为客户端运行的应用层，部署智能合约的合约层，运行共识算法的共识层，区块链节点交互的协议层，交互网络的网络层，底层区块和加密的数据层，存储区块链内容的存储层。分层结构如下图所示：图2-1区块链七层架构Figure2-1seven-tierarchitectureofblockchain本节将采用自底向上的顺序介绍区块链的核心技术，分析这些技术的优势，以及为体域网系统的安全和隐私带来的帮助。2.3区块链存储层存储层负责存储区块链产生的元数据和系统运行产生的日志log等，用到的技术不难，主要是文件系统的读写和数据库LevelDB。LevelDB是Google公司开发的key-value类型的数据库，能够支持Billion级别的数据量，是一个非常适合数据写入的数据库，最高时能达到每秒40万条数据写入量，查询数据时能达到每秒10万条数据读取量[35]，因此即便是面对体域网中大量的用户传感
广西大学硕士学位论文基于联盟区块链的体域网信息安全方案8器不断发送生理数据，面对着随之而来产生的越来越多的区块等情况，LevelDB也能应付的游刃有余。在区块链中区块分为区块头和区块体，而LevelDB是基于key-value存储方式进行存储的，它无法直接将区块整个存入到数据库中，而是首先将区块头的信息（如区块高度、时间戳等）序列化，然后再将区块的哈希作为key存储到数据库中，存储格式为<blockhash,blockheader_value>；再对包含生理数据结果的区块体实行序列化操作，同样是以区块的哈希作为key，其存储结果为<blockhash,blockbody_value>。2.4区块链数据层区块链数据层中包含的内容较多，是能够保障体域网信息安全的关键所在，本节只介绍对体域网安全起着关键作用的底层技术。其中，我们可以从区块链的底层实现中了解区块链能防止体域网信息被篡改的原理，从默克尔哈希树中了解到如何追溯被篡改内容的过程，从非对称加密中了解到体域网信息是如何在区块链上加密传递的。区块链底层实现区块链首先可以拆分为一个一个的单一区块，每一个区块都可以分为区块头和区块体两部分，其结构如下图所示：图2-2区块示意图Figure2-2Blocksketchmap区块头中包含区块信息，包括前一个区块的哈希值，当前区块的版本号，Merkle哈希树的根节点值，区块计算的难度值，随机数和时间戳等信息。其中，前一个区块的区块头经过两次哈希SHA-256算法的运算会生成一串32字节的哈希值，而下一个区块的区块头会记录下这个哈希值，假如在之后某一时刻前一区块篡改了记录的体域网用户数
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线体域网的在线人体活动识别[J]. 范长军,高飞. 小型微型计算机系统. 2020(01)
[2]基于改进双跳无线体域网的身份认证方案[J]. 罗峰,陈云. 计算机应用研究. 2020(11)
[3]一种面向区块链的优化PBFT共识算法[J]. 方维维,王子岳,宋慧丽,王云鹏,丁毅. 北京交通大学学报. 2019(05)
[4]区块链共识机制研究综述[J]. 刘懿中,刘建伟,张宗洋,徐同阁,喻辉. 密码学报. 2019(04)
[5]区块链共识算法演进过程[J]. 武岳,李军祥. 计算机应用研究. 2020(07)
[6]区块链的椭圆曲线密码算法侧信道安全分析[J]. 万武南,陈豪,陈俊,张仕斌. 应用科学学报. 2019(02)
[7]区块链技术综述[J]. 张亮,刘百祥,张如意,江斌鑫,刘一江. 计算机工程. 2019(05)
[8]基于区块链的智能合约技术与应用综述[J]. 贺海武,延安,陈泽华. 计算机研究与发展. 2018(11)
[9]一种基于PUF的两方认证与会话密钥交换协议[J]. 贺章擎,李红,万美琳,吴铁洲. 计算机工程与应用. 2018(18)
[10]基于WBAN的多参数健康监护系统研究与设计[J]. 李建辉,刘畅,王彩申,王强强. 现代电子技术. 2017(22)
硕士论文
[1]基于实用拜占庭共识算法（PBFT）的区块链模型的评估与改进[D]. 戴鹏.北京邮电大学 2019
[2]基于LevelDB的分布式数据库的研究与实现[D]. 赵江.电子科技大学 2019
[3]P2P网络的概率递减洪泛算法研究[D]. 余万能.华中科技大学 2007
本文编号：3614562
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
007-2020年中国老年人口数量Figure1-1ThenumberofelderlypeopleinChinafrom2007to2020
广西大学硕士学位论文基于联盟区块链的体域网信息安全方案72.2区块链底层技术区块链的底层技术是体域网信息安全的保障，区块链的结构包含七层分别为客户端运行的应用层，部署智能合约的合约层，运行共识算法的共识层，区块链节点交互的协议层，交互网络的网络层，底层区块和加密的数据层，存储区块链内容的存储层。分层结构如下图所示：图2-1区块链七层架构Figure2-1seven-tierarchitectureofblockchain本节将采用自底向上的顺序介绍区块链的核心技术，分析这些技术的优势，以及为体域网系统的安全和隐私带来的帮助。2.3区块链存储层存储层负责存储区块链产生的元数据和系统运行产生的日志log等，用到的技术不难，主要是文件系统的读写和数据库LevelDB。LevelDB是Google公司开发的key-value类型的数据库，能够支持Billion级别的数据量，是一个非常适合数据写入的数据库，最高时能达到每秒40万条数据写入量，查询数据时能达到每秒10万条数据读取量[35]，因此即便是面对体域网中大量的用户传感
广西大学硕士学位论文基于联盟区块链的体域网信息安全方案8器不断发送生理数据，面对着随之而来产生的越来越多的区块等情况，LevelDB也能应付的游刃有余。在区块链中区块分为区块头和区块体，而LevelDB是基于key-value存储方式进行存储的，它无法直接将区块整个存入到数据库中，而是首先将区块头的信息（如区块高度、时间戳等）序列化，然后再将区块的哈希作为key存储到数据库中，存储格式为<blockhash,blockheader_value>；再对包含生理数据结果的区块体实行序列化操作，同样是以区块的哈希作为key，其存储结果为<blockhash,blockbody_value>。2.4区块链数据层区块链数据层中包含的内容较多，是能够保障体域网信息安全的关键所在，本节只介绍对体域网安全起着关键作用的底层技术。其中，我们可以从区块链的底层实现中了解区块链能防止体域网信息被篡改的原理，从默克尔哈希树中了解到如何追溯被篡改内容的过程，从非对称加密中了解到体域网信息是如何在区块链上加密传递的。区块链底层实现区块链首先可以拆分为一个一个的单一区块，每一个区块都可以分为区块头和区块体两部分，其结构如下图所示：图2-2区块示意图Figure2-2Blocksketchmap区块头中包含区块信息，包括前一个区块的哈希值，当前区块的版本号，Merkle哈希树的根节点值，区块计算的难度值，随机数和时间戳等信息。其中，前一个区块的区块头经过两次哈希SHA-256算法的运算会生成一串32字节的哈希值，而下一个区块的区块头会记录下这个哈希值，假如在之后某一时刻前一区块篡改了记录的体域网用户数
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线体域网的在线人体活动识别[J]. 范长军,高飞. 小型微型计算机系统. 2020(01)
[2]基于改进双跳无线体域网的身份认证方案[J]. 罗峰,陈云. 计算机应用研究. 2020(11)
[3]一种面向区块链的优化PBFT共识算法[J]. 方维维,王子岳,宋慧丽,王云鹏,丁毅. 北京交通大学学报. 2019(05)
[4]区块链共识机制研究综述[J]. 刘懿中,刘建伟,张宗洋,徐同阁,喻辉. 密码学报. 2019(04)
[5]区块链共识算法演进过程[J]. 武岳,李军祥. 计算机应用研究. 2020(07)
[6]区块链的椭圆曲线密码算法侧信道安全分析[J]. 万武南,陈豪,陈俊,张仕斌. 应用科学学报. 2019(02)
[7]区块链技术综述[J]. 张亮,刘百祥,张如意,江斌鑫,刘一江. 计算机工程. 2019(05)
[8]基于区块链的智能合约技术与应用综述[J]. 贺海武,延安,陈泽华. 计算机研究与发展. 2018(11)
[9]一种基于PUF的两方认证与会话密钥交换协议[J]. 贺章擎,李红,万美琳,吴铁洲. 计算机工程与应用. 2018(18)
[10]基于WBAN的多参数健康监护系统研究与设计[J]. 李建辉,刘畅,王彩申,王强强. 现代电子技术. 2017(22)
硕士论文
[1]基于实用拜占庭共识算法（PBFT）的区块链模型的评估与改进[D]. 戴鹏.北京邮电大学 2019
[2]基于LevelDB的分布式数据库的研究与实现[D]. 赵江.电子科技大学 2019
[3]P2P网络的概率递减洪泛算法研究[D]. 余万能.华中科技大学 2007
本文编号：3614562
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/3614562.html
