一种应用区块链的多节点水下分布式通信系统和方法与流程

本发明涉及水下通信，尤其涉及一种应用区块链的多节点水下分布式通信系统和方法。

背景技术：

1、水下通信应用范围较广，小到水下手表手环，大到潜艇、蛙人、水雷、鱼雷、潜标和无人潜航器等设备，都需要使用水下通信技术。目前的水下通信方式总共有四种，分别是有线通信、水声通信、光通信和无线电通信。

2、虽然水下通信方式较多，但是各种水下通信方式都存在一定问题，例如：对于水下有线通信，有线通信距离受限且容易遭到破坏，其安全性和距离性很难保证，海水的导电性能很强，导致电磁波的射频信号在海水中的传播会随着信号的频率升高而产生严重的衰减效应；对于水下无线电通信，无线电频率会在水中受到衰减的影响(特别是在高频率下)，因此需要更高功率和更大的天线，也就意味着发射机的前期投入十分昂贵，不能很好满足实际需要；对于水下光通信，光波虽然可用于实现超高数据速率通信，但海水是不均匀的，光信号在不均匀的介质中传播会发生衰减，也就是说光信号海水中传播会由于吸收效应及散射效应影响到传播距离和质量；而对于水声通信，水声通信虽然能够进行较远距离的传输，但是也存在水下声速分布不均匀、传播速率低以及时延较大等不足。

3、综上，在水下通信方面，目前采用的方法主要有有线通信、水声通信、光通信和无线电通信等四种通信方式都存在着一定的缺点，单一通信技术难以实现长距离、高速度、高质量和高安全的传输。

技术实现思路

1、本发明提供一种应用区块链的多节点水下分布式通信方案，旨在解决现有的水下通信方式，存在的单一通信技术难以实现长距离、高速度、高质量和高安全性传输的问题。

2、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提出了一种应用区块链的多节点水下分布式通信系统，包括：

3、分布于水下的多个联盟链节点，多个联盟链节点包括分别经联盟链授权的多个设备节点和多个中继节点；其中，

4、每个设备节点和每个中继节点均内置有动态密钥，用于动态密钥加解密通信信息；

5、中继节点，用于根据周围设备节点的距离关系，计算并移动至中继节点与周围设备节点的最佳中继位置，从最佳中继位置收发设备节点的通信信息。

6、优选的，上述多节点水下分布式通信系统中，设备节点，包括：

7、第一中央处理模块、第一动态密钥模块和第一联盟链模块，其中，

8、第一动态密钥模块与第一中央处理模块电连接，用于生成和更新动态密钥，并使用动态密钥对通信信息进行加密或解密；

9、第一联盟链模块与第一中央处理模块电连接，用于当设备节点授权时，将设备节点接入到联盟链中。

10、优选的，上述多节点水下分布式通信系统，第一动态密钥模块，包括：

11、第一密钥生成及更新单元、第一加密单元和第一解密单元；其中，

12、第一密钥生成及更新单元，用于根据哈希算法，使用节点上一私钥、节点私有字符串、各节点相同时间戳和各节点同步随机数，生成或更新设备节点的私钥；

13、第一密钥生成及更新单元，还用于根据设备节点的私钥生成设备节点的公钥；

14、第一加密单元，用于使用设备节点的私钥对群发通信信息进行加密，或者使用接收节点的公钥对私发通信信息进行加密；

15、第一解密单元，用于使用发送节点的公钥对群发通信信息进行解密，或者使用设备节点的私钥对私发通信信息进行解密。

16、优选的，上述多节点水下分布式通信系统中，中继节点包括：

17、第二中央处理模块，以及分别与第二中央处理模块电连接的位置动态调节模块和动力模块；其中，

18、位置动态调节模块，用于根据周围设备节点的三维坐标位置，计算中继节点的最佳中继位置；

19、动力模块，用于在第二中央处理模块的控制下，将中继节点从原有位置移动至最佳中继位置。

20、优选的，上述多节点水下分布式通信系统中，中继节点还包括与第二中央处理模块电连接的第二动态密钥模块；第二动态密钥模块包括：

21、第二密钥生成及更新单元、第二加密单元和第二解密单元；其中，

22、第二密钥生成及更新单元，用于使用哈希算法，使用节点上一私钥、节点私有字符串、各节点相同时间戳和各节点同步随机数，生成或更新中继节点的私钥；

23、第二密钥生成及更新单元，还用于根据中继节点的私钥生成中继节点的公钥；

24、第二加密单元，用于使用中继节点的私钥对群发通信信息进行加密，或者使用接收节点的公钥对私发通信信息进行加密；

25、第二解密单元，用于使用发送节点的公钥对群发通信信息进行解密，或者使用中继节点的私钥对私发通信信息进行解密。

26、优选的，上述多节点水下分布式通信系统中，中继节点还包括：

27、与第二中央处理模块电连接的第二联盟链模块，用于当联盟链对中继节点授权时，将中继节点接入至联盟链中。

28、优选的，上述多节点水下分布式通信系统中，中继节点还包括：

29、与第二中央处理模块电连接的通信模块，用于接收或发送设备节点以及其他中继节点的通信信息；

30、与第二中央处理模块电连接的存储模块，用于存储通信信息以及动态密钥。

31、根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种应用区块链的多节点水下分布式通信方法，用于上述任一项技术方案提供的多节点水下分布式通信系统，多节点水下分布式通信方法包括：

32、每一设备节点和每一中继节点分别获取联盟链的授权；

33、设备节点，生成通信信息并使用动态密钥加密通信信息，将加密后的通信信息发送至中继节点；

34、中继节点，根据周围设备节点的距离关系，计算并移动至中继节点与周围设备节点的最佳中继位置，从最佳中继位置接收设备节点发送的通信信息；

35、中继节点，将设备节点发送的通信信息转发至目的设备节点；

36、目的设备节点，根据动态密钥解密通信信息。

37、优选的，上述多节点水下分布式通信方法中，设备节点，生成通信信息并使用动态密钥加密通信信息，将加密后的通信信息发送至中继节点的步骤，包括：

38、设备节点，根据哈希算法，使用设备节点的上一私钥和私有字符串、各节点相同时间戳和各节点同步随机数，生成或更新设备节点的私钥；

39、设备节点，根据设备节点的私钥生成设备节点的公钥；

40、设备节点，使用设备节点的私钥对群发通信信息进行加密，或者使用接收节点的公钥对私发通信信息进行加密；

41、设备节点，使用发送节点的公钥对群发通信信息进行解密，或者使用设备节点的私钥对私发通信信息进行解密。

42、优选的，上述多节点水下分布式通信方法中，中继节点，根据周围设备节点的距离关系，计算并移动至中继节点与周围设备节点的最佳中继位置的步骤，包括：

43、中继节点，根据周围设备节点的三维坐标位置，计算中继节点的最佳三维坐标位置，作为中继节点与周围设备节点的最佳中继位置；

44、中继节点，将中继节点从原有位置移动至最佳中继位置；

45、中继节点，从最佳中继位置收发设备节点的通信信息。

46、综上，本发明提供的应用区块链的多节点水下分布式通信系统，包括多个设备节点和多个中继节点，这样引入区块链技术，避免每个设备节点和中继节点的信息被篡改；同时每个设备节点和每个中继节点均内置有动态密钥，该动态密钥(包括公私钥)都是不断变动的，因此保证了通信信息的安全，避免了信息被泄露窃取的风险，另外，中继节点根据周围设备节点的距离关系，计算并移动至中继节点与周围设备节点的最佳中继位置，在该最佳中继位置收发设备节点的通信信息，能够保证通信距离和通信质量，从而解决了现有技术中单一通信技术难以实现长距离、高速度、高质量和高安全性传输的问题。