基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷深入,智能終端數(shù)量不斷增加,教育市場也受到物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的影響發(fā)生了變化,線上教育工作越發(fā)普及化,但在教育工作變化過程中共享數(shù)據(jù)的可靠性、一致性等問題也日益凸顯[1]。共享數(shù)據(jù)可靠度是指數(shù)據(jù)在傳輸和存儲的過程中,數(shù)據(jù)來源不受惡意的干擾,并且數(shù)據(jù)具有可追蹤性。數(shù)據(jù)一致性是指在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸時,所有數(shù)據(jù)接收者都可以獲得完全一致的數(shù)據(jù)[2]。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)中各生產(chǎn)主體間流動的數(shù)據(jù)與監(jiān)管主體或消費者所獲得的數(shù)據(jù)存在差異時,物聯(lián)網(wǎng)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的有效監(jiān)管。而建立集中式的數(shù)據(jù)一致性監(jiān)控體系代價高昂,并且在特殊情況下共享數(shù)據(jù)安全監(jiān)測難以實施?，F(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)布與存儲方法存在著數(shù)據(jù)來源的惡意傳播、不同用戶間的數(shù)據(jù)一致性等問題[3]。為解決該問題,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效率、安全共享,本文引進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù),并且以物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的教育資源為例,設(shè)計一種全新的數(shù)據(jù)共享方法,旨在通過該研究,解決數(shù)據(jù)共享存在的部分問題,為素質(zhì)教育工作的規(guī)范化實施提供幫助。

1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)請求訪問

為滿足數(shù)據(jù)共享需求,開展相關(guān)研究前,設(shè)計由前端發(fā)出數(shù)據(jù)請求訪問的過程,此過程如圖1所示[4]。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)請求訪問過程

圖1中的①～⑨分別表示:用戶獲取信息;物聯(lián)網(wǎng)教育環(huán)境上傳數(shù)據(jù)到IPFS;IPFS反饋地址到用戶;地址信息存儲;通過區(qū)塊鏈發(fā)出數(shù)據(jù)資源訪問請求;身份驗證;獲取資源的公共地址;記錄請求數(shù)據(jù);響應(yīng)訪問策略[5]。按照上述方式,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下教育資源數(shù)據(jù)的請求訪問。

2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的節(jié)點用戶身份驗證

在上述設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上,本文引進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù),驗證物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)共享請求節(jié)點用戶身份[6]。本文考慮前端傳感器節(jié)點過多,為避免節(jié)點占用數(shù)據(jù)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(jié)點用戶身份,而非使用額外證書確認(rèn)用戶身份。首先在區(qū)塊鏈中生成用戶身份數(shù)字簽名,構(gòu)造針對請求資源數(shù)據(jù)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(shù)字簽名;e表示雙線性映射函數(shù);G2表示映射結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,本文在區(qū)塊中選擇隨機數(shù),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(lián)網(wǎng)環(huán)境節(jié)點;j表示隨機數(shù)。根據(jù)每名用戶的唯一身份信息S,系統(tǒng)驗證節(jié)點用戶身份[7],公式為:

(3)

式中:P表示節(jié)點用戶身份的驗證結(jié)果;T表示匯聚節(jié)點;n表示數(shù)字簽名聚合次數(shù);c表示區(qū)塊共享區(qū)域。本文結(jié)合P的計算結(jié)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn),說明節(jié)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(qū)塊鏈技術(shù)的節(jié)點用戶身份驗證。

3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)加解密設(shè)計與共享傳輸

節(jié)點用戶身份信息通過驗證后,共享方法加解密處理物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的教育資源數(shù)據(jù),通過該方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的加解密設(shè)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(lián)網(wǎng)發(fā)出數(shù)據(jù)請求,公式為:

Y=P(H(I)+SK)

(4)

式中:Y表示發(fā)出數(shù)據(jù)請求;H表示請求指令條件;I表示請求執(zhí)行終端的驗證結(jié)果;K表示請求數(shù)據(jù)傳輸鏈路。終端在收到請求后,提取請求指令中的關(guān)鍵信息、關(guān)鍵詞等,并在校內(nèi)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行關(guān)鍵詞與教育資源數(shù)據(jù)的匹配[9]。提取與之匹配的資源數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)密文,公式為:

(5)

(6)

4 對比實驗

4.1 實驗環(huán)境

上文引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),并且本文從3個方面,以物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的教育資源為例,設(shè)計一種全新的數(shù)據(jù)共享方法。為實現(xiàn)對該方法在實際應(yīng)用中效果的檢驗,下述以某地區(qū)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(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)共享方法提供一個相對良好的運行環(huán)境,按照如表1所示的參數(shù),部署實驗環(huán)境。

表1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)共享方法實驗環(huán)境

4.2 實驗軟件安裝與操作版本的設(shè)置

本文完成測試環(huán)境的部署后,根據(jù)實驗過程中物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,教育資源數(shù)據(jù)共享需求,在計算機中根據(jù)相關(guān)工作的具體需求,工作人員進(jìn)行計算機中軟件的安裝與操作版本設(shè)置。相關(guān)內(nèi)容如表2所示。

表2 測試環(huán)境中軟件的安裝與操作版本的設(shè)置

應(yīng)用本文方法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享,在此過程中,用戶操作計算機終端,進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)的訪問控制。同時,本文引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),驗證教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫的登錄用戶身份,最后,通過對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)的加解密設(shè)計與共享傳輸,完成本文方法在測試環(huán)境的應(yīng)用。

4.3 結(jié)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(shù)據(jù)共享方法(傳統(tǒng)方法1)、基于Asmuth-Bloom算法的教育資源數(shù)據(jù)共享方法(傳統(tǒng)方法2),將該方法與本文方法共享物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)。3種方法每秒可處理的前端并發(fā)請求資源數(shù)據(jù)數(shù)量作為檢驗共享效率的關(guān)鍵指標(biāo),結(jié)果如圖2所示。

圖2 共享中每秒可處理的前端并發(fā)請求資源數(shù)據(jù)數(shù)量

從圖2的實驗結(jié)果可知,3種方法中,本文方法進(jìn)行教育資源數(shù)據(jù)共享處理時,其每秒可處理的資源數(shù)據(jù)數(shù)量最高。傳統(tǒng)方法1每秒可處理的前端并發(fā)請求資源數(shù)據(jù)數(shù)量也相對較高,但變化不穩(wěn)定,極易出現(xiàn)共享傳輸中數(shù)據(jù)中斷、丟失等方面的問題。傳統(tǒng)方法2的資源數(shù)據(jù)共享傳輸過程較為穩(wěn)定,但與本文方法相比而言,該方法每秒可處理的前端并發(fā)請求資源數(shù)據(jù)數(shù)量較低。綜合上述分析,得到針對本文研究方法的初步結(jié)論:本文方法的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)共享效率相對較高。

在上述實驗的基礎(chǔ)上,實驗過程設(shè)置不同的共享傳輸終端,教育資源數(shù)據(jù)共享傳輸過程中,在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境通信節(jié)點中隨機設(shè)置若干個惡意節(jié)點與攻擊行為,攻擊資源數(shù)據(jù)共享傳輸過程中的數(shù)據(jù),檢測不同資源包中丟失、異常數(shù)據(jù)條數(shù),統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 資源數(shù)據(jù)共享傳輸過程時丟失、異常數(shù)據(jù)條數(shù)統(tǒng)計

從上述表3所示的實驗結(jié)果可以看出,3種資源數(shù)據(jù)共享方法中,僅本文方法可實現(xiàn)在資源數(shù)據(jù)共享傳輸過程時,丟失和異常數(shù)據(jù)條數(shù)為0,而使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行教育資源數(shù)據(jù)的共享,資源在經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境節(jié)點傳輸時,受到外部環(huán)境等因素的影響,均存在不同程度的丟包現(xiàn)象。綜合上述結(jié)果,本文方法實際應(yīng)用效果良好,該方法可以在提高資源數(shù)據(jù)共享效率的同時,提高數(shù)據(jù)傳輸時的安全性,并有效解決共享數(shù)據(jù)丟包等問題。

5 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)共享技術(shù)的發(fā)展,這兩項技術(shù)在很多領(lǐng)域起到至關(guān)重要作用,尤其是教育領(lǐng)域。為提高資源傳輸共享的安全性,本文通過物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)訪問控制、節(jié)點用戶身份驗證、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境教育資源數(shù)據(jù)加解密設(shè)計與共享傳輸,引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),以物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的教育資源為例,設(shè)計一種全新的數(shù)據(jù)共享方法。該方法在經(jīng)過測試后證明了在提高資源數(shù)據(jù)共享效率的同時,有效解決了共享數(shù)據(jù)丟包等問題。