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BigBang Core如何帮助物联网海量数据上链

2020-07-19 18:05:16

物联网是指通过信息传感设备,按约定的协议,将任何物体与网络相连接,物体通过信息传播媒介,使它们能够在必要时进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。即物物相息,以实现智能化识别和管理。

恒牛所 区块链是一个将分布式数据存储、点对点数据传输、共识机制、加密算法等计算机技术有机结合起来的新型应用模式。它具有去中心化、信息不可篡改、公开透明、信息安全、可追溯、匿名性的特点,这使得区块链技术能够在物联网相关领域大展拳脚。

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在物联网中,因为物体的使用和状态都在变化,甚至网络中的每一个节点,每一个产品,需要同时承担交易对象和交易发起者的角色,这将会产生非常庞大的基础数据和交易数据。基于人与人之间的天然不信任关系,在无中心化背书的点对点通信过程中,数据的隐私也是一个要考虑的问题。而区块链恰好能够解决物联网这些核心困难,它能成为构建新一代的万物互联的关键技术。

AWS IoT Core和AWS IoT Greengrass

AWS IoT Core 是一款托管的云平台,使互联设备可以轻松安全地与云应用程序及其他设备交互。

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AWS IoT Core 可以支持数十亿台设备和数万亿条消息,并且可以对这些消息进行处理并将其安全可靠地路由至 AWS 终端节点和其他设备。借助 AWS IoT Core,您的应用程序可以随时跟踪所有设备并与其通信,即使这些设备未处于连接状态也不例外。

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恒牛所 AWS Greengrass 是一种软件,用于将 AWS 云功能扩展到本地设备,使得本地设备可以更靠近信息源来收集和分析数据,同时在本地网络上安全地相互通信。

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更具体来说,使用 AWS Greengrass 的开发人员可以在云中编写无服务器代码 (AWS Lambda 函数),然后方便地将其部署到设备以在本地执行应用程序。在 AWS Greengrass 中,设备可在本地网络上安全地通信并互相交换消息而不必连接到云。

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1、 数据上链方式

恒牛所 3.1 数据上链方式1(大数据包摘要上链方式):

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图一

说明,如上图:

恒牛所 1) 该解决方案中,共有三个核心模块,其中LWS和运行在IoT Device中的LWS-Client是需要我们去开发的,而IoT Core则是由AWS提供的现有功能。

2) LWS是一个轻钱包服务,用于同步区块链数据到本地并重新组织,为轻钱包LWS-Client访问区块链数据提供Gateway接口。

3) LWS-Client运行在IoT Device中,它整合了IoT SDK,能够与AWS IoT Core建立通信关系并提交数据,同时也能调用LWS提供的服务,将采集到的加密Data的Hash作为UTXO的一部分上链。

恒牛所 4) 数据加密工作在IoT Device中完成,采集数据被加密后再进行Hash和数据传输等操作,所以上链的Hash是加密数据的Hash,IoT Core上获得的也是加密后的数据。通过链上hash与IoT Core上的加密数据的结合,能有效校验数据是否被篡改。

恒牛所 5) AWS IoT Greengrass是一个中转层,安装在 IoT Device上层,实现边缘设备之间的数据互通,LWS-Client通过连接Greengrass与IoT Core进行通讯,最终将数据传输到LWS中完成验证、上链操作。

3.2 数据上链方式2(小数据包直接打包上链):

1)LWS-Client前2个步骤都与前一种数据上链方式一致,不同之处是LWS-Client会将手机的数据部分加密(比如温度传感器的温度),再在本地构建成TX数据包。

恒牛所 2)LWS-Client通过Greengrass、IoT Core等中间层传输到LWS,LWS交验过TX数据包的完整性后直接将数据提交到P2P网络进行打包。

恒牛所 3.3程序执行过程描述:

3.3.1 大数据包摘要上链过程

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图二

恒牛所 如上图,整个加密数据Hash上链的过程如下:

A、 IoT Device采集到数据后进行加密,得到加密Data。

恒牛所 B、 LWS-Client在发现有新的数据产生的情况下调用LWS Gateway,获得一个UTXO。

C、 将前面加密Data进行Hash运算获得一个Hash值。

恒牛所 D、 再将这个Hash值作为一个TX的vchData得到一个全新的TX。

恒牛所 E、 LWS-Client再次调用LWS Gateway,完成上链操作。

3.3.2 小数据包上链过程

A. 数据采集与UTXO获得方式与前一种方式一致,不同之处是LWS-Client并不获取数据包的摘要,而是将整个数据包完整打包进入TX中。

B. LWS-Client再将打包的TX传输到LWS中完成上链操作。

恒牛所 3.4大数据包上云过程

恒牛所 如下图,IoT设备采集数据后,将大数据包加密数据提交到AWS IoT Core云平台的过程如下:

A、 IoT Device采集到数据后进行加密,得到加密Data。

B、 LWS-Client调用AWS IoT SDK,通过Greengrass与AWS IoT Core建立通信配资开户 。

C、 将时间戳和加密Data一起打包整合,得到带时间戳的加密Data。

D、 LWS-Client再次调用IoT SDK,将数据提交到AWS IoT Core云平台。

E、 由数据存储方选择是否将数据提交到IPFS存储,如果需要为数据提供更多热备份,则将通过模板将数据存储任务分发到PoST/PoRep共识下的存储矿工。

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图三

3.5 通过AWS IoT Greengrass实现设备互联

恒牛所 A、 AWS IoT Greengrass是一个中间层,它可以运行在多种设备上,比如树莓派、AWS EC2 实例、Ubuntu 虚拟机,以及多种专用设备。我们将它安装在IoT Device中,可以实现IoT Device之间的数据互通。

B、 AWS IoT Greengrass 可在本地执行 AWS Lambda 代码、消息收发、数据缓存和安全策略。

C、 可以在云端对设备进行管理。

1、 如何保障海量设备数据上报

恒牛所 海量设备数据上报,要最大限度的确保上报数据不丢失,需要考虑的因素主要有以下几个——设备数据大小、网络带宽、存储设备写入速度、存储容量等几个方面。

而对于我们的系统而言,我们的数据上报包括两个方面,一是设备采集数据加密后的Hash写入区块链,二是设备采集的数据加密后存放到AWS IoT平台。所以,考虑数据上报,我们还需要考虑我们的区块链的数据处理能力。

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在团队研发的物联网公链单链中,理论TPS是5200,如果IoT设备每采集一次数据,都会执行一遍如图二中的整个过程的话,这明显是不合理的。首先它压榨了我们公链的数据处理能力,其次,它会造成资源的浪费和Token的低价值消耗(提交TX上链需要消耗Token)。

恒牛所 当然,对于加密数据提交AWS IoT Core云平台,传输数据粒度越小,就越不利于数据的管理,而传输数据粒度越大,则对相应的带宽和数据的写入速度有更高的要求。

所以,将多次采集的数据打包,一次性提交和上传,这会是一个比较好的方案。当然,打包的数据量不能太大,比如限定2M提交一次。找到一个比较适中的点比较重要。

恒牛所 对于我们系统中多次提到的来自于IoT Device采集数据的加密和加密密钥的产生及管理,我们这里也提供一个比较理想的加密方案。如下图所示:

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恒牛所 说明:IoT Device中存储着一个只有我们自己才知道的用于加密的密钥Key,当IoT Device采集到数据时,该密钥Key与时间戳一起Hash后,产生一个用于对原始数据进行加密的密钥Key1,Key2……用这些密钥对原始数据进行加密,即得到加密结果,获得加密Data。

恒牛所 这样一来,我们所需要管理的密钥也就少了,对于一台IoT Device,我们只需要管理一个或一对密钥就可以了。当用户需要获得解密数据时,只需要告诉我们具体的时间点,我们用掌握在我们手中的Key加上该时间戳的结果进行Hash运算,就能得到相应的Key值,帮助用户解密数据。当然,我们也可以直接将一系列的解密密钥直接分发给用户,让他自己去完成解密工作。


恒牛所 BigBang Core官网:

BigBang Core技术白皮书:http://www.bigbangcore.com/whitepaper/BigBang_Technical_WhitePaper.pdf

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