(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210828802.6 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 申请人 北京理工大 学长三角研究院 （嘉兴） (72)发明人 盖珂珂　张悦　祝烈煌　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 王松 (51)Int.Cl. H04L 67/1042(2022.01) H04L 67/12(2022.01) H04L 9/00(2022.01) H04L 9/32(2006.01)H04L 45/02(2022.01) H04L 45/16(2022.01) G06Q 40/04(2012.01) G06Q 20/38(2012.01) G06Q 20/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于区块链支付通道网络的物联网数 据共享方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于区块链支付通道网络 的物联网数据共享方法， 属于区块链技术领域。 包括数据采集和处理、 交易分割、 交易路由和交 易数据记录四个阶段。 物联网设备作为区块链的 参与者节点， 在需要数据共享时， 在支付通道网 络中发起交易。 本发明设计了一种基于同态哈希 的交易分割方法， 解决了支付通道网络中因抵押 资产限制导致交易成功率低的问题。 支付通道网 络采用基于多点中继机制的表驱动路由方式， 设 计最小中继节 点选择算法减少路由维护开销。 支 付通道网络被抽象为有向图， 规划多条节点不相 交的最短路径来进行交易路由， 提高交易成功 率。 数据共享结束时， 将共享记录上传到区块链 进行安全存储。 本方法实现了物联网设备之间的 安全高效的数据共享。 权利要求书4页 说明书11页 附图2页 CN 115361395 A 2022.11.18 CN 115361395 A 1.一种基于区块链 支付通道网络的物联网数据共享方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 物联网设备采集数据； 步骤2： 生成交易； 交易的参与方包括数据请求者和数据提供者， 其中， 数据请求者是具有相应数据需求 的物联网设备， 数据提供者是有共享数据资源的物联网设备； 当有数据共享需求 时， 数据请求者通过在区块链中执行智能合约 来发起与 数据提供者 之间的交易， 数据请求 者即是交易发起 者； 步骤3： 分割交易； 物联网设备同时作为区块链中支付 通道网络的参与节点进行交易 转发； 其中， 支付通道网络的参与者要预先在通道中抵押一笔资产， 当交易金额超过当前通 道中的抵押资产时， 交易失败； 采用基于同态哈希机制， 将一笔 大额交易分割为多笔的小额交易， 方法如下： 设数据请求者， 也就是交易发起者将一笔金额为a的交易Tx分割为n笔的小 额交易(Tx1, Tx2,...,Txn)， 与之对应的金额为(a1， a2， ...， an)， 其中Txn表示第n笔交易， a＝a1+a2+...+ an； 针对交易Tx， 选择一个随机数xR， 经同态哈希函数H得到哈希值hR； 针对交易(Tx1,Tx2,...,Txn)， 分别选择n个随机数(x1,x2,...,xn)经同态哈希函数H， 得 到哈希值(h1,h2,...,hn)， hn表示随机数xn对应的哈希值； xn表示； 设节点收到带有哈希值h和密文c的交易， h和c分别由式1和式2计算得到： h＝H(xR+x)＝hR+H(x)  (1) c＝ εpk(xR+x)  (2) 其中， h为使用同态哈希函数H对xR及x的和进行映射得到的哈希值， c为使用接收方公钥 对xR及x的和进行加密得到的密文； εpk表示公钥加密函数； 对于每个被分割的交易Txi， 用随机数xi来构造hi， 如式3所示； 用接收方的公钥对随机 数进行加密获得密文ci， 如式4所示： hi＝h+H(xi)＝hR+H(x)+H(xi)  (3) ci＝c+ εpk(xi)＝ εpk(xR+x)+ εpk(xi)＝ εpk(xR+x+xi)  (4) 接收方用自己的私钥sk 解密ci得到xi， 然后计算出H(xi)； 根据式3， 接收者在知道hi和H(xi)之后能够计算出h； 同理， 在使用私钥对c解密得到x 后， 根据式1得到 hR； 同时， 接收方为所有收到的分割交易提供一个接收证明， 用来保证交易分割方案的安 全性和正确性； 步骤4： 路由维护； 基于区块链的物联网数据共享模型采用自组网， 每个支付通道网络节点既是终端也充 当路由器， 能够搜索 并维护到网络中另一个节点的路由； 当一个节点需与其覆盖范围外的 节点进行通信时， 需要中间节点的多跳转发； 基于区块链的物联网数据共享模型采用表驱动路由， 在一跳邻居节点内广播HELLO消 息来监视邻居节点的状态并构建节点的邻居表， 其中， HELLO消息中包括邻居节点的地址、 到达邻居节点的成本以及与邻居节点之间的通道中剩余资金；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115361395 A 2采用多点中继机制， 每个节点从其一跳邻居节点中选择若干个节点作为多点中继节 点， 也就是MPR节点； 只有多点中继节点参与转发拓扑控制消息， 也就是TC消息， 并参与路 由； 节点根据接收到的拓扑控制消息， 定期更新支付 通道网络的最 新拓扑状态； 步骤5： 交易 转发； 将支付通道网络抽象为有向图G＝(V,E)， V是参与节点 集合， E是所有通道集 合； 在支付通道网络中， 当两个节点进行交易时， 要规划一条由多条支付通道组成的路由 路径， 采用节 点不相交的多路径路由算法， 算法的输入包括支付通道网络的拓扑G＝(V,E)， 边的权重集合w， 通道 余额集合Deposit， 起始节 点S， 目标节点T， 交易金额Tx.a， 以及预设路 径数量k； 算法的输出为S和T之间的k条节点 不相交的最短路径集 合P； 步骤6： 存 储交易记录； 在基于支付通道网络的区块链中， 大量交易在区块链之外实时进行， 链外交易不必等 待链上共识过程； 当交易双方想要终止交易 时， 根据数据共享的交易记录进行最终清算、 合并， 然后提交 到区块链， 合并的数据共享交易进过协商验证后存 储到区块链账本中； 步骤6： 存 储交易记录； 当交易双方想要终止交易 时， 根据数据共享的交易记录进行最终清算、 合并， 然后提交 到区块链， 合并的数据共享交易进过协商验证后存储到区块链账本中； 普通物联网节点只 存储区块头， 共识服 务节点存 储完整的区块链分类账。 2.如权利要求1所述的一种基于区块链支付通道网络的物联网数据共享方法， 其特征 在于， 步骤1采集数据时， 对 采集的数据进行处 理， 包括： 将数据标准 化或转换为统一格式， 使其与相应的应用程序兼容； 存储或创建新 转换格式数据的备份； 过滤重复、 过时和无效类数据； 集成来自其 他来源的结构化或非结构化数据， 丰富当前 数据集； 标准化的数据能够 在物联网环境的参与者之间进行交易共享。 3.如权利要求1所述的一种基于区块链支付通道网络的物联网数据共享方法， 其特征 在于， 步骤4进行路由维护时， 采用最小MPR集 合选择方法， 具体如下： 首先， 对MPR节点 集合选择问题进行 形式化定义； 定义一个节点S为起始节点， S∈V， V是参与节点集合； N1(S)、 N2(S)分别为节点S的一跳 及两跳邻居节 点的集合； 定义MPR(S)为节 点S选择的MPR节点集合， 则最优MPR集合选择问题 表示为在满足式5 ‑9的条件下的最小化 集合|MPR(S)|： N1(MPR(S))＝N1(M1)∪...∪N1(Mk)‑{S}‑N1(S)  (7) 其中， Mk表示第k个MPR节点， k为节点S的MPR节点的总数； Mi表示第i个MPR节点； N1(MPR (S))表示节点S的MPR节点集的一跳邻居集合， N1(M1)表示节点S的第一个MPR节点的一跳邻权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115361395 A 3