一种基于区块链权益证明的物流货物路径隐私保护方法与流程

本发明涉及区块链，尤其涉及基于区块链权益证明的物流货物路径隐私保护方法。

背景技术：

1、基于区块链权益证明的物流货物路径查询方法目前存在如下缺陷和不足：

2、1.在物流货物路径查询场景中，如何确保物流数据的真实性和完整性是一个重要挑战，由于物流过程中涉及多方参与和复杂的交互，数据在传输和存储过程中可能面临被篡改或伪造的风险。这不仅可能导致物流信息的失真，还可能引发信任危机和商业损失。因此，需要寻找一种有效的方法来确保数据的真实性和完整性，同时保护数据的隐私性，防止敏感信息被泄露。

3、2.不同用户对于隐私保护的需求存在差异，有些用户可能希望公开部分数据以换取更好的服务体验，而有些用户则希望严格保护所有数据的隐私。然而，现有的隐私保护策略往往过于单一，无法满足用户的个性化需求。

4、3.在物流货物路径查询中，缺少效用评估机制的隐私保护技术的应用面临着隐私保护程度与数据效用之间的权衡问题，可导致数据的隐私失真问题。

5、基于上述问题，本发明设计了一种基于区块链权益证明的物流货物路径隐私保护方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中的问题，而提出的一种基于区块链权益证明的物流货物路径隐私保护方法。

2、一种基于区块链权益证明的物流货物路径隐私保护方法：包括以下步骤：

3、1.规划网络拓扑结构，选择适合的区块链平台，并设定节点的角色与权限，确保各节点按照规则参与网络运行。随后，我们实现权益证明机制，通过抵押额确定验证节点的选择概率，利用随机算法选择验证节点负责新块的验证与添加，并设立奖惩机制激励节点诚信参与；

4、2.在定义数据结构以存储物流货物路径信息的过程中，根据物流路径数据的特性进行深入分析，确保所设计的数据结构能够高效、准确地存储和管理这些数据。路径节点信息则包含了节点的位置、时间戳、货物状态等详细数据，这些数据通过特定的数据字段进行组织和存储，以便后续查询和分析。

5、3.部署智能合约，将智能合约代码上链，使合约成为区块链网络的一部分，并能够在网络上自动执行预定的功能。合约编写完成后，需要进行严格的测试和验证，以确保其在实际环境中的稳定性和安全性。选择合适的区块链网络进行部署。同时权衡不同区块链网络的性能、安全性、成本等因素。一旦选定网络，就需要准备部署环境，包括配置节点、设置网络参数等。在部署过程中，需要指定合约地址和初始参数(如果有的话)，并支付一定的手续费给区块链网络。部署成功后，区块链网络会返回合约的部署交易哈希和合约地址；

6、4.物联网设备数据采集是一个关键过程，它涉及通过物联网设备实时收集货物的位置、状态等路径信息。通过物联网设备，如传感器、gps定位器等，被部署在货物上或运输路径的关键位置。这些设备能够实时监测货物的状态变化，如温度、湿度、压力等，以及货物的位置信息。数据采集过程中，物联网设备通过无线通信技术将采集到的数据发送到中央服务器或云平台。这些数据经过初步处理后，以标准化的格式进行存储，便于后续的分析和处理，物联网设备通常会采用多种传感器进行冗余采集，并通过算法对采集到的数据进行校验和修正，以确保数据的准确性。此外，为了防止数据丢失或被篡改，还会采用数据加密和签名等技术，确保数据在传输和存储过程中的安全性；

7、5.数据封装与签名，在物流路径数据的处理过程中，一旦通过物联网设备采集到货物的位置、状态等路径信息，需要对这些数据进行封装与签名处理。数据封装的过程涉及将采集到的原始数据转化为符合区块链交易格式的数据包。这一步骤包括数据的格式化、编码和结构化处理，以便适应区块链网络的交易标准和要求。数据包会包含必要的元信息，如发送方、接收方、时间戳以及具体的路径信息内容等，以确保数据在区块链网络中的正确传输和识别。紧接着，数字签名技术的应用对于保障数据的完整性和不可篡改性至关重要。发送方会使用私钥对封装好的数据包进行数字签名，这个签名是与发送方的身份紧密绑定的独特标识。当数据包在区块链网络上传输时，其他节点可以使用发送方的公钥来验证签名的有效性，从而确保数据包在传输过程中没有被篡改。数字签名的使用不仅增强了数据的安全性，还提供了数据来源的认证机制。通过验证签名，接收方可以确认数据的完整性和发送方的身份，从而建立起数据信任的基础。这种信任机制在物流路径数据的处理中尤为重要，因为它涉及多方参与和数据共享，需要确保数据的真实性和可靠性，为了实施灵活的隐私保护策略，数据结构的设计使用了加密和匿名化处理。对于高隐私级别的数据，可以在数据结构定义时预留加密字段，并在数据处理阶段使用加密算法进行加密处理。对于需要匿名化的数据，可以设计相应的匿名化算法，将敏感信息替换为无意义的占位符或哈希值，以保护用户隐私，同时引入自适应加密评估模型来决定使用何种算法进行动态加密，该模型可以根据数据的隐私级别、安全需求、性能要求以及计算资源等因素，自动选择最合适的加密算法；

8、6.交易上传，首先，拥有签名后交易的节点会构建一个包含所有必要信息的完整交易。这包括但不限于交易id、发送方地址、接收方地址、交易数据(即封装并签名后的物流路径信息)以及时间戳等。这些信息按照区块链网络要求的特定格式进行组织，以确保能够被网络中的节点正确解析和处理。节点会将构建好的交易广播到区块链网络中。广播通常通过特定的通信协议和端口进行，确保交易能够被网络中的其他节点接收到。这一步骤的关键在于确保交易的快速和可靠传播，以便尽可能多的节点能够参与到交易的验证过程中。一旦交易被广播到网络中，网络中的节点会开始验证该交易。验证过程包括检查交易的格式是否正确、签名是否有效、发送方是否有足够的权限进行该交易等。节点还会检查交易数据是否符合预期的物流路径信息格式，以确保数据的完整性和准确性。如果交易通过了验证，节点会将其添加到自己的交易池中，等待被打包进区块。随着时间的推移，共识参与节点会选取一定数量的交易，将它们打包成一个新的区块，并通过共识机制、权益证明将其链接到区块链上，一旦新区块被成功添加到区块链上，该交易就被视为已完成并得到了网络的确认。此时，物流路径数据已经安全地存储在区块链中，并且可以被网络中的任何节点查询和验证。

9、7.权益验证是基于权益证明机制的一种交易验证过程，它确保了只有持有足够权益的节点才能参与验证，从而提高了区块链网络的安全性和可信度。权益验证机制要求节点必须拥有一定数量的加密货币或其他形式的权益证明，以证明其在网络中的权益。这些权益证明可以视为节点参与验证的“抵押品”，确保了节点在验证过程中的行为与其持有的权益紧密相关。当节点接收到一个交易时，它会根据pos机制对交易进行验证。这一过程中，节点会检查交易的有效性、合法性以及发送方的权益情况。pos机制不需要节点解决复杂的数学问题，而是根据节点持有的权益数量来确定其参与验证的概率。持有更多权益的节点将有更高的概率被选中参与交易的验证。这是因为他们的权益证明更多，对网络的贡献也更大。一旦节点被选中参与验证，它将执行一系列验证步骤，包括检查交易的签名、发送方的账户余额、交易的合规性等。

10、8.数据一致性检查是区块链技术中至关重要的一环，它确保了交易数据的完整性和一致性，从而保证了数据的真实性和可信度。在物流路径数据的区块链应用中，这一步骤尤为关键，当交易数据被上传到区块链网络后，验证节点会立即开始数据一致性检查的过程。这些节点会利用区块链的分布式特性，通过与其他节点进行通信和协作，共同验证交易数据的完整性。在数据一致性检查中，验证节点会执行一系列算法和规则，以验证数据的真实性。这些算法包括但不限于哈希函数、数字签名等密码学技术。哈希函数能够将交易数据转化为一个固定长度的哈希值，任何对数据的微小改动都会导致哈希值发生显著变化。数字签名则用于验证数据的来源和完整性，确保数据在传输过程中未被篡改。此外，验证节点还会检查交易数据的结构和内容是否符合预期的格式和规则。如果验证节点发现任何不符合规则或预期的数据，它们会拒绝该交易，并将其标记为无效。通过这一系列的数据一致性检查过程，验证节点能够确保交易数据的完整性和一致性。

11、9.当交易通过权益验证和数据一致性检查后，它将被视为有效交易，准备被添加到区块链中。此时，网络中的节点会根据持有的权益来赢得添加新交易区块的权利。赢得权利的节点会创建一个新的区块，并将通过验证的交易打包进这个区块。每个区块都包含了一定数量的交易数据，以及区块的元信息，如区块高度、时间戳等。这些区块按照时间顺序链接在一起，形成了区块链。

12、10.用户需要通过系统界面或api接口来输入查询请求。当用户通过系统界面或api接口输入包含货物标识、时间范围等查询条件的请求时，智能合约会首先对这些条件进行解析与验证，确保用户权限的合法性。随后，智能合约会深入分析请求所涉及数据的隐私级别，利用区块链中的隐私保护机制，使用差分隐私加密对高隐私级别的数据进行部分返回或匿名化处理。在处理过程中，智能合约还需确保操作的安全性，防止潜在的攻击，并优化查询性能，以提高用户体验。最终，经过精心处理的数据将按照预定的范围和详细程度返回给用户，既满足了用户的查询需求，又有效保护了数据的隐私性。

13、11.请求解析与转换是查询流程中的关键环节。系统会对用户输入的查询请求进行精准解析，将其转化为系统可识别的查询指令。这一步骤确保了查询的准确性和效率，为后续的数据检索和展示奠定了坚实基础。

14、12.智能合约执行是查询过程的核心环节。当查询请求被解析后，智能合约自动触发执行，根据设定的查询条件，在区块链网络中精准检索相关路径信息，确保数据的准确性和实时性，为用户提供可靠的物流信息查询服务。

15、13.智能合约执行是物流路径数据查询过程中的核心环节，它实现了自动化的查询操作，大大提高了查询效率和准确性。当用户的查询请求经过解析与转换后，系统会自动触发相应的智能合约。这些智能合约内置了查询逻辑和算法，能够根据用户设定的查询条件，在区块链网络中精准检索相关的路径信息。在智能合约的设计中，数据结构的选择至关重要。

16、14.隐私保护机制在物流路径数据查询过程中发挥着至关重要的作用，特别是通过使用差分隐私保护技术。差分隐私保护技术的核心在于，在原始数据中添加噪声，使得处理后的数据在统计分析上仍然有效，但无法定位到具体的个人或记录，在查询过程中，系统首先会对用户输入的查询请求进行处理，确保它符合差分隐私保护的要求。然后，系统会根据差分隐私算法，在原始数据集中添加适量的噪声，生成一个“模糊化”的数据集。这个模糊化的数据集既保留了原始数据的统计特性，又无法揭示出具体的个人或记录信息。当用户提交查询请求时，系统会在模糊化的数据集中进行检索，并将结果返回给用户。由于结果数据是经过差分隐私处理的，因此即使攻击者获得了这些数据，也无法从中还原出原始的敏感信息。这就实现了用户查询过程中的隐私保护，有效防止了敏感信息的泄露。在物流货物路径查询中，差分隐私保护技术的应用面临着隐私保护程度与数据效用之间的权衡问题。这是一个复杂且关键的决策过程，需要综合考虑多方面的因素，如用户隐私需求、数据使用目的、技术实施成本等，于是我们引入一个评估模型，在保证隐私保护的同时，确保数据效用不受损失，同时优化了差分隐私保护的噪声生成算法，使得噪声生成分布更加合理，提升了数据的效用。通过这种机制，我们可以确保在享受便捷查询服务的同时，个人隐私也得到了充分地保护。

17、与现有的技术相比，本发明优点在于：

18、1：利用区块链的去中心化、不可篡改的特性，构建一个基于权益证明的物流信息区块链。每个物流节点在上传数据时都需要经过权益证明机制的验证，确保数据的真实性和完整性。通过智能合约实现物流信息的自动化记录、验证和存储，减少人为干预和篡改的可能性；

19、2：引入自适应隐私加密策略满足不同用户的隐私需求，根据用户的隐私偏好和服务需求，设计多层次的隐私加密方案。对于希望公开部分数据的用户，提供基于属性加密或差分隐私的部分加密服务；

20、3：改进后的差分隐私算法在噪声生成合理性上有一定的提升，可以避免噪音过大导致的数据失真问题，通过引入隐私评估模型，用以评估差分隐私保护的性能，它能够帮助我们量化评估隐私保护的效果以及数据的可用性；