文档介绍：基于区块链技术的气象数据共享方案研究
摘要本文主要介绍了一种利用区块链技术,结合大数据隐私保护和可拓展性方案,依托数据共享,提出一个集用户系统、数据接口服务系统、区块链网络服务系统为一体的气象数据协作共享方案。通过平台同时,该方案也可为气象公共服务、气象决策服务、气象科技服务、气象防灾减灾、气象学科试验等方面提供准确及时的气象数据信息,是经济建设和社会保障的需要[5]。
2 解决方案
本方案采用层次化设计思路,由用户系统、数据接口服务系统、区块链网络服务系统组成,采用结构化模块设计,具有可扩展性,方便以后添加新的模块。在本方案中通过区块链控制气象数据共享,同时记录系统所有操作信息,保障数据交换安全真实;通过贡献证明协议进行奖励分配,保证贡献与奖励成正比,增加数据分享积极性;通过加入智能合约进行智能控制,防止違规使用,为政府和有关部门提供准确、及时、可靠的信息。系统提供多种查询方式(图1),如图形查询、点击查询、区域查询、属性查询等,用户可以通过客户端叠加相关的气象数据,进行分析、决策、指导,使之更加个性化,更有针对性,从而达到共享目的,实现数据可视化。用户系统
本系统由参与数据共享的各个用户构成。用户利用系统提供的同态加密算法对需要传输的数据进行加密,然后通过业务适配器将共享数据传递到数据共享接口服务模块。本系统主要有3个功能:一是用户通过传输个人数据库内共享的气象数据至分布式账本内的存储数据资源子模块内,获得系统发放的虚拟货币奖励,奖励标准由智能合约模块内的贡献证明协议子模块根据数据质量进行计算;二是用户通过区块链网络服务系统内数据资源目录服务子模块进行数据查询、匹配,然后通过支付虚拟货币从分布式账本内的存储数据资源子模块获取需要的气象数据;三是各个用户之间通过分布式账本内的用户信息子项目进行虚拟货币交易。
数据接口服务系统
本系统由数据共享接口服务模块构成。根据本系统功能分析将数据共享接口服务模块划分为数据采集、数据传输、数据分析、数据共享、数据转换、任务调度等6个子模块。本系统主要有2个功能:一是负责用户系统、区块链网络服务系统的数据传输工作,本系统对需要交换的加密气象数据进行格式转换,然后利用安全多方计算技术对转换后的加密气象数据进行协作计算,得出计算结果后将结果返回给数据需求方;二是根据确定的模式自动调度不同的数据,完成计划的目标与任务。
区块链网络服务系统
本系统由数据目录模块、智能合约模块、分布式账本、系统管理模块等4个部分组成,实现气象数据综合管理查询功能,提供空间数据库和空间数据管理通道。
数据目录模块。本模块主要由数据检索、数据匹配、数据索引3个子模块组成,利用分布式运行模式,实现了气象数据的实时性,提高了自动化效率,简化了数据处理流程。主要功能是为区块链网络服务系统提供方便快捷的数据组织与管理方式。用户通过数据目录服务,可以对区块链网络服务系统中的数据进行查询、匹配与检索服务。
智能合约模块。本模块主要由存量数据、数据同步、数据清洗、贡献证明协议等4个子模块组成。本模块主要具有2个功能:一是负责把用户在区块链网络服务系统中的数据资源同步至分布式账本中存储及数据清洗工作;二是对用户共享的数据进行奖励,并将奖励结果发送至分布式账本内的用户虚拟财产账户中储存。智能合约可追踪且不可逆转,保障数据不会被篡改,增强区块链性能和隐私保护。
分布式账本。本模块主要由存储数据资源、权限控制、存储分析任务、虚拟财产账户等4个子模块组成,满足多个用户使用同一服务器的需要,达到分散部署、集中执行的目的。本模块主要有2个功能:一是为用户提供区块链网络服务系统中的数据共享、复制和同步的数据库功能及数据交换功能;二是记录系统内用户虚拟财产交易数据信息。
系统管理模块。本模块主要由用户认证、系统配置、系统维护、系统帮助、系统拓展等5个子模块组成。本模块主要有5个功能:一是用于区块链用户认证;二是针对不同用户设置不同权限;三是设置系统管理员维护系统;四是提供系统介绍功能及演示功能;五是预留接口以备系统后续开发升级。
3 实施步骤
数据准备
参与气象数据共享的用户选择个人数据库中需要共享的历史或实时数据,利用同态加密算法加密后,通过业务适配器传输至数据共享接口模块,由于气象数据的特殊性,有些数据无法直接读取,可以通过业务适配器转化为可读取的数据格式(图2)。
数据传输
在各个用户的共享数据全部到达共享接口模块后,数据接口服务系统通过