[发明专利]一种基于区块链的工业互联网架构及其运行方法

权利要求书

1.一种基于区块链的工业互联网架构，其特征在于：包括用户终端、工业云平台、工业智能终端和数据采集设备：

所述用户终端与工业云平台进行数据交互，显示工业现场各种系统、设备的参数状态，对工业智能终端所连接智能设备进行控制；

所述工业云平台，利用虚拟化技术构建分布式的多个区块链节点，各个区块链节点均连接云端服务器数据库，所述区块链节点通过共识机制生成区块，对区块进行验证，并对通过验证的数据包采用区块链无中心化存储方式并加密存储至所述云端服务器数据库，以执行智能合约的方式实现数据共享；

所述数据采集设备，用于连接并采集至少一个工业智能终端的数据，并通过互联网将所采集的数据传输至所述工业云平台，数据采集设备中创建虚拟机，在虚拟机中运行虚拟化的数据加密程序。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的工业互联网架构，其特征在于：每个区块链节点管理N个数据采集设备，每个数据采集设备由M个区块链节点管理，其中N≥1，M≥2；当某个区块链节点因故障失效时，其余区块链节点同时完成与用户终端和数据采集设备的通信；在一个数据采集设备对应M个区块链节点中，选择距离数据采集设备最近的1个区块链节点作为目标区块链节点。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的工业互联网架构，其特征在于：所述区块链节点与数据采集设备之间采用非对称加密算法对数据生成数字签名并进行数据加密；

所述非对称加密算法由私钥和公钥组成，使用公钥加密时，使用对应的私钥进行解密，使用私钥加密时，使用对应的公钥进行解密；

数据加密过程是：数据经过双SHA256运算后生成32位的唯一哈希值，再使用私钥加密哈希值生成数字签名，将数字签名和数据使用接收方的公钥进行加密得到加密数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的工业互联网架构，其特征在于：区块链节点之间通过工作量证明的共识机制达成共识，最先完成工作量证明运算的区块链节点获得生成新区块的权利并成为此次共识过程的主节点，其余区块链节点为区块链从节点，区块链从节点通过验证，统一存储区块链主节点生成的区块，保证数据的一致性，下次最先完成工作量证明运算的区块链节点成为新的区块链主节点；

区块链主节点将生成的新区块广播给区块链从节点，区块链从节点对新区块进行验证，并回复验证结果和数据签名至区块链主节点，区块链主节点收集回复结果，根据少数服从多数的原则，如果多数区块链节点赞成该区块，区块链主节点将新区块和验证结果重新广播，区块链从节点存储新区块。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的基于区块链的工业互联网架构的运行方法，其特征在于：

各个数据采集设备与工业智能终端采用主从通信方式，数据采集设备根据预先设定的时间周期获取智能设备的相关运行状态参数；所述数据采集设备获取工业智能终端数据后，运行数据采集设备中的虚拟化数据加密程序，生成数字签名，并将所采集的数据和数字签名发送至对应的M个区块链节点，其中M≥2；区块链节点验证数据符合要求时将数据存储在云端数据库中，便于用户终端实时查看数据；

当用户终端查询数据时，用户终端将查询命令广播至所有区块链节点，由目标区块链节点将数据发送至用户终端，同时由上述M个区块链节点进行广播给其余区块链节点，通过共识机制生成新区块，将数据存储在新区块中；

当用户终端下发指令控制工业智能终端时，用户终端将控制指令以广播形式发送至所有区块链节点，所有区块链节点解析控制指令后判断下发至哪一个数据采集设备，由该数据采集设备对应的目标区块链节点将控制指令下发，数据采集设备接收后下发至工业智能终端；由工业智能终端执行成功后反馈动作信息，再由数据采集设备上传至对应的M个区块链节点，由目标区块链节点将动作信息上送至用户终端指示设备操作成功，同时M个区块链节点将动作信息进行广播，通过共识机制达成共识，将电气设备操作时间记录存储在新区块中；区块链节点将数据采集设备上传的数据进行广播，其余区块链节点接收后使用物联网节点的公钥将数字签名进行解密，验证数据正确后存储在云端数据库中，并转发给下一个区块链节点，在区块链节点接收其余区块链节点的数据时，进行共识机制的工作量证明的运算，最先完成运算的节点生成新区块。