基于區塊鏈技術的物聯網環境教育資源數據共享方法

王博瓊

(江西省信息中心,江西 南昌 330036)

0 引言

隨著物聯網應用的不斷深入,智能終端數量不斷增加,教育市場也受到物聯網環境的影響發生了變化,線上教育工作越發普及化,但在教育工作變化過程中共享數據的可靠性、一致性等問題也日益凸顯[1]。共享數據可靠度是指數據在傳輸和存儲的過程中,數據來源不受惡意的干擾,并且數據具有可追蹤性。數據一致性是指在物聯網數據傳輸時,所有數據接收者都可以獲得完全一致的數據[2]。當物聯網中各生產主體間流動的數據與監管主體或消費者所獲得的數據存在差異時,物聯網無法實現數據資源的有效監管。而建立集中式的數據一致性監控體系代價高昂,并且在特殊情況下共享數據安全監測難以實施。現有的物聯網數據發布與存儲方法存在著數據來源的惡意傳播、不同用戶間的數據一致性等問題[3]。為解決該問題,實現對數據的高效率、安全共享,本文引進區塊鏈技術,并且以物聯網環境中的教育資源為例,設計一種全新的數據共享方法,旨在通過該研究,解決數據共享存在的部分問題,為素質教育工作的規范化實施提供幫助。

1 物聯網環境教育資源數據請求訪問

為滿足數據共享需求,開展相關研究前,設計由前端發出數據請求訪問的過程,此過程如圖1所示[4]。

圖1 物聯網環境教育資源數據請求訪問過程

圖1中的①～⑨分別表示:用戶獲取信息;物聯網教育環境上傳數據到IPFS;IPFS反饋地址到用戶;地址信息存儲;通過區塊鏈發出數據資源訪問請求;身份驗證;獲取資源的公共地址;記錄請求數據;響應訪問策略[5]。按照上述方式,實現物聯網環境下教育資源數據的請求訪問。

2 基于區塊鏈技術的節點用戶身份驗證

在上述設計內容的基礎上,本文引進區塊鏈技術,驗證物聯網環境教育資源數據共享請求節點用戶身份[6]。本文考慮前端傳感器節點過多,為避免節點占用數據共享傳輸鏈路,緩解終端壓力,使用唯一的傳感器IP字符串,驗證節點用戶身份,而非使用額外證書確認用戶身份。首先在區塊鏈中生成用戶身份數字簽名,構造針對請求資源數據共享用戶的雙線性映射算法:

G1×e→G2

(1)

式中:G1表示用戶身份數字簽名;e表示雙線性映射函數;G2表示映射結果。在此基礎上,本文在區塊中選擇隨機數,生成每名用戶的唯一身份信息,公式為:

S=G2×sPi,j

(2)

式中:S表示每名用戶的唯一身份信息;s表示身份識別共識;P表示偽造簽名;i表示物聯網環境節點;j表示隨機數。根據每名用戶的唯一身份信息S,系統驗證節點用戶身份[7],公式為:

(3)

式中:P表示節點用戶身份的驗證結果;T表示匯聚節點;n表示數字簽名聚合次數;c表示區塊共享區域。本文結合P的計算結果,輸出用戶錄入身份信息與唯一身份信息的匹配度,如匹配度達到標準,說明節點用戶身份通過驗證,反之則未通過驗證。按照上述方式,本文完成基于區塊鏈技術的節點用戶身份驗證。

3 物聯網環境教育資源數據加解密設計與共享傳輸

節點用戶身份信息通過驗證后,共享方法加解密處理物聯網環境下的教育資源數據,通過該方式進行數據的加解密設計與共享傳輸[8]。在該過程中,通過身份驗證的用戶需要在終端向物聯網發出數據請求,公式為:

Y=P(H(I)+SK)

(4)

式中:Y表示發出數據請求;H表示請求指令條件;I表示請求執行終端的驗證結果;K表示請求數據傳輸鏈路。終端在收到請求后,提取請求指令中的關鍵信息、關鍵詞等,并在校內數據庫中進行關鍵詞與教育資源數據的匹配[9]。提取與之匹配的資源數據,轉換數據密文,公式為:

(5)

(6)

4 對比實驗

4.1 實驗環境

上文引入區塊鏈技術,并且本文從3個方面,以物聯網環境中的教育資源為例,設計一種全新的數據共享方法。為實現對該方法在實際應用中效果的檢驗,下述以某地區試點高校為例,采用對比實驗的方式,測試該方法的性能。為物聯網環境教育資源數據共享方法提供一個相對良好的運行環境,按照如表1所示的參數,部署實驗環境。

表1 物聯網環境教育資源數據共享方法實驗環境

4.2 實驗軟件安裝與操作版本的設置

本文完成測試環境的部署后,根據實驗過程中物聯網環境下,教育資源數據共享需求,在計算機中根據相關工作的具體需求,工作人員進行計算機中軟件的安裝與操作版本設置。相關內容如表2所示。

表2 測試環境中軟件的安裝與操作版本的設置

應用本文方法進行數據共享,在此過程中,用戶操作計算機終端,進行物聯網環境教育資源數據的訪問控制。同時,本文引入區塊鏈技術,驗證教學資源數據庫的登錄用戶身份,最后,通過對物聯網環境教育資源數據的加解密設計與共享傳輸,完成本文方法在測試環境的應用。

4.3 結果分析

為滿足實驗的對比需求,引入基于GT-DEMATEL的教育資源數據共享方法(傳統方法1)、基于Asmuth-Bloom算法的教育資源數據共享方法(傳統方法2),將該方法與本文方法共享物聯網環境教育資源數據。3種方法每秒可處理的前端并發請求資源數據數量作為檢驗共享效率的關鍵指標,結果如圖2所示。

圖2 共享中每秒可處理的前端并發請求資源數據數量

從圖2的實驗結果可知,3種方法中,本文方法進行教育資源數據共享處理時,其每秒可處理的資源數據數量最高。傳統方法1每秒可處理的前端并發請求資源數據數量也相對較高,但變化不穩定,極易出現共享傳輸中數據中斷、丟失等方面的問題。傳統方法2的資源數據共享傳輸過程較為穩定,但與本文方法相比而言,該方法每秒可處理的前端并發請求資源數據數量較低。綜合上述分析,得到針對本文研究方法的初步結論:本文方法的物聯網環境教育資源數據共享效率相對較高。

在上述實驗的基礎上,實驗過程設置不同的共享傳輸終端,教育資源數據共享傳輸過程中,在物聯網環境通信節點中隨機設置若干個惡意節點與攻擊行為,攻擊資源數據共享傳輸過程中的數據,檢測不同資源包中丟失、異常數據條數,統計結果如表3所示。

表3 資源數據共享傳輸過程時丟失、異常數據條數統計

從上述表3所示的實驗結果可以看出,3種資源數據共享方法中,僅本文方法可實現在資源數據共享傳輸過程時,丟失和異常數據條數為0,而使用傳統方法進行教育資源數據的共享,資源在經過物聯網環境節點傳輸時,受到外部環境等因素的影響,均存在不同程度的丟包現象。綜合上述結果,本文方法實際應用效果良好,該方法可以在提高資源數據共享效率的同時,提高數據傳輸時的安全性,并有效解決共享數據丟包等問題。

5 結語

隨著物聯網技術和數據共享技術的發展,這兩項技術在很多領域起到至關重要作用,尤其是教育領域。為提高資源傳輸共享的安全性,本文通過物聯網環境教育資源數據訪問控制、節點用戶身份驗證、物聯網環境教育資源數據加解密設計與共享傳輸,引入區塊鏈技術,以物聯網環境中的教育資源為例,設計一種全新的數據共享方法。該方法在經過測試后證明了在提高資源數據共享效率的同時,有效解決了共享數據丟包等問題。