本發(fā)明涉及信息安全管理，具體為一種基于區(qū)塊鏈的信息安全管理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，它通過將數(shù)據(jù)以不可篡改的區(qū)塊的形式鏈接在一起，形成一個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了去中心化的數(shù)據(jù)存儲和交易驗證，區(qū)塊鏈的核心特點包括去中心化、透明性、安全性和可追溯性。在工廠生產(chǎn)中，通過將生產(chǎn)過程中生成的信息存儲到區(qū)塊鏈中，由于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲采用了一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每個區(qū)塊包含了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，每個區(qū)塊都包含了前一個區(qū)塊的哈希值，形成了一個不可篡改的鏈條，這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)的完整性和安全性，任何人都無法在不被授權(quán)的情況下篡改或刪除，加強了生產(chǎn)信息的安全性；然而，由于區(qū)塊鏈中的每個節(jié)點都需要驗證和存儲交易數(shù)據(jù)，并進行共識和同步操作，因此讀取數(shù)據(jù)的速度相對較慢，每個節(jié)點都需要按照一定的規(guī)則和算法來驗證數(shù)據(jù)的正確性，這可能導(dǎo)致較長的讀取延遲；因此，如何加快從區(qū)塊鏈讀取生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速度成為了一個需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于區(qū)塊鏈的信息安全管理系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、在本發(fā)明的一個方面，提供一種基于區(qū)塊鏈的信息安全管理系統(tǒng)，包括：區(qū)塊鏈模塊、本地信息存儲模塊、信息采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和控制模塊；所述區(qū)塊鏈模塊的輸出端與所述本地信息存儲模塊的輸入端相互連接，用于存儲生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息，并將使用率高的信息存儲到本地信息存儲模塊中；所述本地信息存儲模塊的輸出端與所述控制模塊的輸入端相互連接，用于加快高使用率信息的讀取速度；所述信息采集模塊的輸出端與所述區(qū)塊鏈模塊和所述控制模塊的輸入端相互連接，用于獲取生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息；所述數(shù)據(jù)分析模塊與所述區(qū)塊鏈模塊相互連接，基于控制模塊獲取信息的期望時間，確定從區(qū)塊鏈模塊中存儲到本地信息存儲模塊的信息；所述控制模塊與所述區(qū)塊鏈模塊相互連接，用于監(jiān)控和協(xié)調(diào)生產(chǎn)設(shè)備。

3、具體地，所述區(qū)塊鏈模塊包括應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、共識層、智能合約層和網(wǎng)絡(luò)層；所述應(yīng)用層為數(shù)據(jù)分析模塊和控制模塊提供交互接口，從區(qū)塊鏈中獲取數(shù)據(jù)并響應(yīng)數(shù)據(jù)分析模塊和控制模塊的數(shù)據(jù)請求；所述數(shù)據(jù)層用于存儲生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息，并且通過加密技術(shù)對數(shù)據(jù)層中的信息進行保護；所述共識層通過公式算法確保區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)一致性；所述智能合約層封裝腳本、算法和智能合約，自動執(zhí)行合約和程序；所述網(wǎng)絡(luò)層用于處于區(qū)塊鏈節(jié)點之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

4、具體地，所述分析模塊還包括第一數(shù)據(jù)庫、第二數(shù)據(jù)庫、第三數(shù)據(jù)庫和第四數(shù)據(jù)庫；所述第一數(shù)據(jù)庫存放本地信息存儲模塊響應(yīng)控制模塊信息請求的時間，所述第二數(shù)據(jù)庫存放區(qū)塊鏈模塊響應(yīng)控制模塊信息請求的時間，所述第三數(shù)據(jù)庫存放任意兩個信息之間的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，所述第四數(shù)據(jù)庫存放任意一個信息與組合信息之間的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，所述組合信息指兩個信息的組合；所述數(shù)據(jù)分析模塊通過模擬退火方式確定從區(qū)塊鏈模塊中存儲到本地信息存儲模塊的信息，產(chǎn)生帶有方向性的擾動，當(dāng)本地信息存儲模塊中某個信息發(fā)生變化時，基于本地信息存儲模塊中剩余信息的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，從區(qū)塊鏈模塊中進行搜索并確定新存儲到本地信息存儲模塊的信息。

5、所述本地信息存儲模塊只對控制模塊開放讀取信息功能，控制模塊向區(qū)塊鏈模塊發(fā)出信息請求，區(qū)塊鏈模塊通過智能合約授予控制模塊讀取信息的權(quán)限，得到權(quán)限后控制模塊才能夠從本地信息存儲模塊中獲取信息；本地信息存儲模塊中存儲的所有信息都通過時間戳記錄本地信息存儲模塊獲取信息的時間，根據(jù)時間戳判斷本地信息存儲模塊中信息的及時性；當(dāng)本地信息存儲模塊的信息進行更新時，將本地信息存儲模塊的信息全部刪除，重新確定新存儲到本地信息存儲模塊的信息。

6、在本發(fā)明的另一個方面，提供一種基于區(qū)塊鏈的信息安全管理方法，包括以下步驟：

7、s5-1，獲取生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)，所述生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)包括使用率和響應(yīng)時間；所述響應(yīng)時間指區(qū)塊鏈模塊或本地存儲模塊響應(yīng)控制模塊信息請求花費的時間；

8、s5-2，根據(jù)生產(chǎn)信息的使用率數(shù)據(jù)，建立第三和第四數(shù)據(jù)庫；

9、s5-3，通過模擬退火方式確定需要存儲到本地存儲模塊的生產(chǎn)信息；

10、s5-4，控制模塊從本地存儲模塊和區(qū)塊鏈模塊獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，加快生產(chǎn)信息的讀取速度。

11、在步驟s5-2中，所述建立第三和第四數(shù)據(jù)庫包括以下分析步驟：

12、s6-1，以a1、a2、…、an表示不同的生產(chǎn)信息，n表示生產(chǎn)信息的數(shù)量；

13、s6-2，獲取不同生產(chǎn)信息的使用率并記為p{a1}、p{a2}、…、p{an}，所述生產(chǎn)信息使用率為生產(chǎn)信息使用次數(shù)與所有生產(chǎn)信息使用次數(shù)總和的比值；

14、s6-3，獲取兩個不同生產(chǎn)信息組合的使用率并記為p{a1a2}、p{a1a3}、…、p{an-1an}；

15、s6-4，確定任意兩個生產(chǎn)信息之間的關(guān)聯(lián)性p{ai|aj}，所述關(guān)聯(lián)性指控制模塊同時需要兩個生產(chǎn)信息概率，；i和j的取值范圍是[1,n]之間的正整數(shù)，當(dāng)i和j相等時，p{ai|aj}置為零；將ai、aj和p{ai|aj}存入到第三數(shù)據(jù)庫中；只要生產(chǎn)信息ai和aj同時被控制模塊需要，不管其他生產(chǎn)信息是否被需要，都計入ai和aj組合的使用次數(shù)，用于計算使用率；當(dāng)i和j相等時，實際上控制模塊需要的生產(chǎn)信息為1個，在步驟s6-2中已經(jīng)出現(xiàn)，所以將概率置零；

16、s6-5，確定一個信息與兩個信息組合之間的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)p{aiak|aj}，所述關(guān)聯(lián)性指控制模塊同時需要三個生產(chǎn)信息概率，；k的取值范圍是[1,n]之間的正整數(shù)，當(dāng)i、j或k存在相同值時，p{aiak|aj}置為零；將ai、aj和p{ai|aj}存入到第四數(shù)據(jù)庫中；當(dāng)i、j或k中兩個相同時，實際上控制模塊需要的生產(chǎn)信息為2個，在步驟s6-4中已經(jīng)出現(xiàn)，所以將概率置零；當(dāng)i、j或k全都相同時，實際上控制模塊需要的生產(chǎn)信息為1個，在步驟s6-2中已經(jīng)出現(xiàn)，所以將概率置零；

17、建立數(shù)據(jù)庫存儲關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)庫進行檢索可以獲取產(chǎn)生擾動需要的數(shù)據(jù)，加快模擬退火的速度。

18、具體地，通過模擬退火方式確定需要存儲到本地存儲模塊的生產(chǎn)信息包括以下步驟：

19、s7-1，設(shè)定初始溫度t0，隨機選擇生產(chǎn)信息存放到本地存儲模塊中，將選擇的生產(chǎn)信息作為初始解，確定初始解對應(yīng)的響應(yīng)時間期望值t0；并將初始解作為當(dāng)前解，將初始溫度作為當(dāng)前溫度；

20、s7-2，對計數(shù)單位k=1、2、…、l，重復(fù)步驟s7-3至s7-4；l為內(nèi)循環(huán)的次數(shù)；

21、s7-3，通過在當(dāng)前解的基礎(chǔ)上產(chǎn)生有向擾動，改變選擇存放到本地存儲模塊中的生產(chǎn)信息，將擾動后選擇的生產(chǎn)信息作為新解，確定新解對應(yīng)的響應(yīng)時間期望值t；

22、s7-4，計算新解帶來的響應(yīng)時間期望值的增量δt，若增量小于0，則以概率1接受新解作為新的當(dāng)前解，若增量大于或等于0，則以概率接受新解作為新的當(dāng)前解；其中t表示當(dāng)前溫度；

23、s7-5，按照降溫方案降低當(dāng)前溫度，若當(dāng)前溫度大于或等于閾值，則進入步驟s7-2；若當(dāng)前溫度小于閾值，則根據(jù)當(dāng)前解，確定存放到本地存儲模塊中的生產(chǎn)信息。

24、在步驟s7-3中，通過隨機數(shù)確定產(chǎn)生擾動的生產(chǎn)信息，包括以下步驟：

25、記當(dāng)前解對應(yīng)的生產(chǎn)信息為am1、am2、…、amb，m1、m2、…、mb的取值范圍是[1,n]之間的正整數(shù)，且m1、m2、…、mb各不相同，b是存放到本地存儲模塊中的生產(chǎn)信息的數(shù)量；

26、記am1、am2、…、amb的使用次數(shù)分別為q1、q2、…、qb，計算出使用次數(shù)的倒數(shù)1/q1、1/q2、…、1/qb，將倒數(shù)作為區(qū)間長度，拼接成一個完整區(qū)間，并得到b個子區(qū)間，子區(qū)間分別為[0,1/q1]、[1/q1,1/q1+1/q2]、…、[1/q1+…+1/qb-1,1/q1+…+1/qb]，子區(qū)間與生產(chǎn)信息一一對應(yīng)；在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)時為第一次被使用，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的使用次數(shù)最小值為1；

27、在區(qū)間[0,1/q1+…+1/qb]生成一個隨機數(shù)，找到隨機數(shù)所處的子區(qū)間對應(yīng)的生產(chǎn)信息，該生產(chǎn)信息會被新的生產(chǎn)信息取代；當(dāng)隨機數(shù)恰好位于區(qū)間端點處時，重新生成隨機數(shù)進行判斷；

28、通常來說，信息被使用的次數(shù)越多，被控制模塊請求的概率就越高，將高使用率的次數(shù)存放到本地信息存儲模塊可加快信息的讀取速度，因此，信息的使用次數(shù)越多，被新的信息替換的概率就越小，通過取倒數(shù)方式。

29、具體地，產(chǎn)生有向擾動還包括以下步驟：

30、s9-1，記被新的生產(chǎn)信息取代的為amq，q取值范圍是[1,b]之間的正整數(shù)；

31、s9-2，對區(qū)塊鏈中未被存儲到本地信息存儲模塊中的生產(chǎn)信息bw，w取值范圍是[1,r]之間的正整數(shù)，r是區(qū)塊鏈中未被存儲到本地信息存儲模塊中的信息的數(shù)量；除外amq之后，分析bw與am1、am2、…、amb之間的關(guān)聯(lián)性，確定bw被需要的概率p{bw}，；

32、對于控制模塊來說，一次性需要的信息可能會超過一個，此時控制模塊獲取信息的時間由所有信息傳輸時間的最大值決定；舉例說明，本地信息存儲模塊中存放信息a1、a2、和a3，當(dāng)控制模塊需要信息a1和a2時，只需要從本地信息存儲模塊讀取信息，速度較快；當(dāng)控制模塊需要信息a1和a4時，需要從區(qū)塊鏈中讀取信息a4，由于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的讀取速度相對較慢，使得控制模塊獲取信息的速度也慢，單獨把a2存放到本地信息存儲模塊并沒有達(dá)到加快信息讀取速度的效果；

33、新的生產(chǎn)信息應(yīng)該根據(jù)本地信息存儲模塊中的信息確定，由于本地信息存儲模塊中的信息已經(jīng)確定，將其作為條件，可以通過條件概率公式確定出區(qū)塊鏈中信息被需要的概率；舉例說明，本地信息存儲模塊中存放信息a1和a2，對區(qū)塊鏈中的信息a4被需要的概率p{a4}，；由于在公式中，已經(jīng)包括了a1、a2、和a4同時被控制模塊需求的情況，因此，公式減去重復(fù)的情況后得到，將其進行推廣到本地信息存儲模塊的b個信息得到最終結(jié)果；生產(chǎn)信息被需要的概率可以大于1，這里的概率只用于輔助產(chǎn)生定向擾動，并不是也不需要是實際被需要的概率。

34、s9-3，將b1、b2、…、br對應(yīng)的概率拼接成一個完整區(qū)間，并得到r個子區(qū)間，子區(qū)間分別為[0,p{b1}]、[p{b1},p{b1}+p{b2}]、…、[p{b1}+…+p{br-1},p{b1}+…+p{br}]，子區(qū)間與生產(chǎn)信息一一對應(yīng)；

35、s9-4，在區(qū)間[0,p{b1}+…+p{br}]生成一個隨機數(shù)，找到隨機數(shù)所處的子區(qū)間對應(yīng)的生產(chǎn)信息，該生產(chǎn)信息會取代amq形成新解；當(dāng)隨機數(shù)恰好位于區(qū)間端點處時，重新生成隨機數(shù)進行判斷。

36、具體地，響應(yīng)時間期望值通過以下方式進行確定：

37、對存儲在本地信息存儲模塊中的生產(chǎn)信息c1、c2、…、cb，確定每個生產(chǎn)信息單獨被控制模塊請求的次數(shù)，確定包括c1、c2、…、cb中任意一個的生產(chǎn)信息組合被控制模塊請求的次數(shù)，所述生產(chǎn)信息組合包括本地信息存儲模塊中的生產(chǎn)信息和區(qū)塊鏈模塊中的生產(chǎn)信息；計算出生產(chǎn)信息和生產(chǎn)信息組合的頻率作為其被控制模塊需要的概率，將生產(chǎn)信息和生產(chǎn)信息組合被需要的概率乘上生產(chǎn)信息和生產(chǎn)信息組合的響應(yīng)時間得到響應(yīng)時間期望值；所述生產(chǎn)信息的響應(yīng)時間指本地信息存儲模塊響應(yīng)控制模塊信息請求的時間；對于生產(chǎn)信息組合中的每個生產(chǎn)信息，都有一個響應(yīng)時間，所述生產(chǎn)信息組合的響應(yīng)時間指生產(chǎn)信息組合中的所有生產(chǎn)信息對應(yīng)的響應(yīng)時間的最大值；舉例進行說明，本地信息存儲模塊中存放信息a1和a2，響應(yīng)控制模塊信息請求的時間為ta1、ta3和ta3，區(qū)塊鏈模塊中存儲信息a4，存在7種情況，分別是a1、a2、a4、a1a2、a1a4、a2a4和a1a2a4，7種情況對應(yīng)的響應(yīng)時間分別為ta1、ta2、ta4、max{ta1,ta2}、max{ta1,ta4}、max{ta2,ta4}和max{ta1,ta2,ta4}，由于a4存儲在區(qū)塊鏈模塊中，a4的響應(yīng)時間較長，對生產(chǎn)信息組合的響應(yīng)時間影響較大；生產(chǎn)信息和生產(chǎn)信息組合被需要的概率通過計算頻率得到，將7個頻率和響應(yīng)時間相乘后累加得到響應(yīng)時間期望值；生產(chǎn)信息的頻率為控制模塊請求生產(chǎn)信息的次數(shù)與總請求次數(shù)的比值，計算頻率需考慮其他生產(chǎn)信息的狀態(tài)，控制模塊請求信息a1和a2時，生產(chǎn)信息組合a1a2對應(yīng)的請求次數(shù)加1，而a1和a2單獨的請求次數(shù)不增加；

38、只有信息存儲在本地信息存儲模塊中，才能夠加快控制模塊獲取信息的速度，本地信息存儲模塊中存放的信息使用率較高，只對本地信息存儲模塊中的信息計算概率和響應(yīng)時間即可，不需要對區(qū)塊鏈模塊中所有數(shù)據(jù)進行計算。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：通過模擬退火方式選中部分信息存儲到本地信息存儲模塊中，加快信息讀取速度，信息發(fā)生變化時，只需要對變化的信息對應(yīng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進行修改，操作簡便；無須通過列舉所有可能，能夠得到存儲到本地信息存儲模塊中的信息的全局最優(yōu)解或者較好的局部最優(yōu)解；將數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈中，可以保護敏感信息、進行去中心化的身份驗證和確保數(shù)據(jù)完整性，能夠提供更高級別的數(shù)據(jù)保護，減少數(shù)據(jù)泄露和被修改的風(fēng)險；本地信息存儲模塊從區(qū)塊鏈中獲得信息，對外部只開放讀數(shù)據(jù)權(quán)限，確保本地信息存儲模塊中信息的完整性和安全性。