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(kù)技術(shù)，它通過(guò)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(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了去中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交易驗(yàn)證，區(qū)塊鏈的核心特點(diǎn)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(guò)將生產(chǎn)過(guò)程中生成的信息存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈中，由于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用了一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，每個(gè)區(qū)塊包含了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，每個(gè)區(qū)塊都包含了前一個(gè)區(qū)塊的哈希值，形成了一個(gè)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(wú)法在不被授權(quán)的情況下篡改或刪除，加強(qiáng)了生產(chǎn)信息的安全性；然而，由于區(qū)塊鏈中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要驗(yàn)證和存儲(chǔ)交易數(shù)據(jù)，并進(jìn)行共識(shí)和同步操作，因此讀取數(shù)據(jù)的速度相對(duì)較慢，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要按照一定的規(guī)則和算法來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性，這可能導(dǎo)致較長(zhǎng)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(gè)需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)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(wèn)題。

2、在本發(fā)明的一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)模塊的輸入端相互連接，用于存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的信息，并將使用率高的信息存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)模塊中；所述本地信息存儲(chǔ)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(guò)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(shí)間，確定從區(qū)塊鏈模塊中存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)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(shí)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(qǐng)求；所述數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的信息，并且通過(guò)加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)層中的信息進(jìn)行保護(hù)；所述共識(shí)層通過(guò)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(dòng)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(diǎn)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(kù)、第二數(shù)據(jù)庫(kù)、第三數(shù)據(jù)庫(kù)和第四數(shù)據(jù)庫(kù)；所述第一數(shù)據(jù)庫(kù)存放本地信息存儲(chǔ)模塊響應(yīng)控制模塊信息請(qǐng)求的時(shí)間，所述第二數(shù)據(jù)庫(kù)存放區(qū)塊鏈模塊響應(yīng)控制模塊信息請(qǐng)求的時(shí)間，所述第三數(shù)據(jù)庫(kù)存放任意兩個(gè)信息之間的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，所述第四數(shù)據(jù)庫(kù)存放任意一個(gè)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(gè)信息的組合；所述數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)模擬退火方式確定從區(qū)塊鏈模塊中存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)模塊的信息，產(chǎn)生帶有方向性的擾動(dòng)，當(dāng)本地信息存儲(chǔ)模塊中某個(gè)信息發(fā)生變化時(shí)，基于本地信息存儲(chǔ)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(jìn)行搜索并確定新存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)模塊的信息。

5、所述本地信息存儲(chǔ)模塊只對(duì)控制模塊開(kāi)放讀取信息功能，控制模塊向區(qū)塊鏈模塊發(fā)出信息請(qǐng)求，區(qū)塊鏈模塊通過(guò)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(chǔ)模塊中獲取信息；本地信息存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的所有信息都通過(guò)時(shí)間戳記錄本地信息存儲(chǔ)模塊獲取信息的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間戳判斷本地信息存儲(chǔ)模塊中信息的及時(shí)性；當(dāng)本地信息存儲(chǔ)模塊的信息進(jìn)行更新時(shí)，將本地信息存儲(chǔ)模塊的信息全部刪除，重新確定新存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)模塊的信息。

6、在本發(fā)明的另一個(gè)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(shí)間；所述響應(yīng)時(shí)間指區(qū)塊鏈模塊或本地存儲(chǔ)模塊響應(yīng)控制模塊信息請(qǐng)求花費(fèi)的時(shí)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(kù)；

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

10、s5-4，控制模塊從本地存儲(chǔ)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(kù)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(gè)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(gè)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(shí)需要兩個(gè)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(shí)，p{ai|aj}置為零；將ai、aj和p{ai|aj}存入到第三數(shù)據(jù)庫(kù)中；只要生產(chǎn)信息ai和aj同時(shí)被控制模塊需要，不管其他生產(chǎn)信息是否被需要，都計(jì)入ai和aj組合的使用次數(shù)，用于計(jì)算使用率；當(dāng)i和j相等時(shí)，實(shí)際上控制模塊需要的生產(chǎn)信息為1個(gè)，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(gè)信息與兩個(gè)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(shí)需要三個(gè)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(shí)，p{aiak|aj}置為零；將ai、aj和p{ai|aj}存入到第四數(shù)據(jù)庫(kù)中；當(dāng)i、j或k中兩個(gè)相同時(shí)，實(shí)際上控制模塊需要的生產(chǎn)信息為2個(gè)，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(shí)，實(shí)際上控制模塊需要的生產(chǎn)信息為1個(gè)，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(kù)存儲(chǔ)關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索可以獲取產(chǎn)生擾動(dòng)需要的數(shù)據(jù)，加快模擬退火的速度。

18、具體地，通過(guò)模擬退火方式確定需要存儲(chǔ)到本地存儲(chǔ)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(jī)選擇生產(chǎn)信息存放到本地存儲(chǔ)模塊中，將選擇的生產(chǎn)信息作為初始解，確定初始解對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)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(duì)計(jì)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(guò)在當(dāng)前解的基礎(chǔ)上產(chǎn)生有向擾動(dòng)，改變選擇存放到本地存儲(chǔ)模塊中的生產(chǎn)信息，將擾動(dòng)后選擇的生產(chǎn)信息作為新解，確定新解對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間期望值t；

22、s7-4，計(jì)算新解帶來(lái)的響應(yīng)時(shí)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(jìn)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(chǔ)模塊中的生產(chǎn)信息。

24、在步驟s7-3中，通過(guò)隨機(jī)數(shù)確定產(chǎn)生擾動(dòng)的生產(chǎn)信息，包括以下步驟：

25、記當(dāng)前解對(duì)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(chǔ)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(jì)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(zhǎng)度，拼接成一個(gè)完整區(qū)間，并得到b個(gè)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(duì)應(yīng)；在生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)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(gè)隨機(jī)數(shù)，找到隨機(jī)數(shù)所處的子區(qū)間對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)信息，該生產(chǎn)信息會(huì)被新的生產(chǎn)信息取代；當(dāng)隨機(jī)數(shù)恰好位于區(qū)間端點(diǎn)處時(shí)，重新生成隨機(jī)數(shù)進(jìn)行判斷；

28、通常來(lái)說(shuō)，信息被使用的次數(shù)越多，被控制模塊請(qǐng)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(chǔ)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(guò)取倒數(shù)方式。

29、具體地，產(chǎn)生有向擾動(dòng)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(duì)區(qū)塊鏈中未被存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)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(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)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(duì)于控制模塊來(lái)說(shuō)，一次性需要的信息可能會(huì)超過(guò)一個(gè)，此時(shí)控制模塊獲取信息的時(shí)間由所有信息傳輸時(shí)間的最大值決定；舉例說(shuō)明，本地信息存儲(chǔ)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(shí)，只需要從本地信息存儲(chǔ)模塊讀取信息，速度較快；當(dāng)控制模塊需要信息a1和a4時(shí)，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(duì)較慢，使得控制模塊獲取信息的速度也慢，單獨(dú)把a(bǔ)2存放到本地信息存儲(chǔ)模塊并沒(méi)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(chǔ)模塊中的信息確定，由于本地信息存儲(chǔ)模塊中的信息已經(jīng)確定，將其作為條件，可以通過(guò)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(shuō)明，本地信息存儲(chǔ)模塊中存放信息a1和a2，對(duì)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(shí)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(jìn)行推廣到本地信息存儲(chǔ)模塊的b個(gè)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(dòng)，并不是也不需要是實(shí)際被需要的概率。

34、s9-3，將b1、b2、…、br對(duì)應(yīng)的概率拼接成一個(gè)完整區(qū)間，并得到r個(gè)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(duì)應(yīng)；

35、s9-4，在區(qū)間[0,p{b1}+…+p{br}]生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，找到隨機(jī)數(shù)所處的子區(qū)間對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)信息，該生產(chǎn)信息會(huì)取代amq形成新解；當(dāng)隨機(jī)數(shù)恰好位于區(qū)間端點(diǎn)處時(shí)，重新生成隨機(jī)數(shù)進(jìn)行判斷。

36、具體地，響應(yīng)時(shí)間期望值通過(guò)以下方式進(jìn)行確定：

37、對(duì)存儲(chǔ)在本地信息存儲(chǔ)模塊中的生產(chǎn)信息c1、c2、…、cb，確定每個(gè)生產(chǎn)信息單獨(dú)被控制模塊請(qǐng)求的次數(shù)，確定包括c1、c2、…、cb中任意一個(gè)的生產(chǎn)信息組合被控制模塊請(qǐng)求的次數(shù)，所述生產(chǎn)信息組合包括本地信息存儲(chǔ)模塊中的生產(chǎn)信息和區(qū)塊鏈模塊中的生產(chǎn)信息；計(jì)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(shí)間得到響應(yīng)時(shí)間期望值；所述生產(chǎn)信息的響應(yīng)時(shí)間指本地信息存儲(chǔ)模塊響應(yīng)控制模塊信息請(qǐng)求的時(shí)間；對(duì)于生產(chǎn)信息組合中的每個(gè)生產(chǎn)信息，都有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，所述生產(chǎn)信息組合的響應(yīng)時(shí)間指生產(chǎn)信息組合中的所有生產(chǎn)信息對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間的最大值；舉例進(jìn)行說(shuō)明，本地信息存儲(chǔ)模塊中存放信息a1和a2，響應(yīng)控制模塊信息請(qǐng)求的時(shí)間為ta1、ta3和ta3，區(qū)塊鏈模塊中存儲(chǔ)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(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)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(chǔ)在區(qū)塊鏈模塊中，a4的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)信息組合的響應(yīng)時(shí)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(guò)計(jì)算頻率得到，將7個(gè)頻率和響應(yīng)時(shí)間相乘后累加得到響應(yīng)時(shí)間期望值；生產(chǎn)信息的頻率為控制模塊請(qǐng)求生產(chǎn)信息的次數(shù)與總請(qǐng)求次數(shù)的比值，計(jì)算頻率需考慮其他生產(chǎn)信息的狀態(tài)，控制模塊請(qǐng)求信息a1和a2時(shí)，生產(chǎn)信息組合a1a2對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求次數(shù)加1，而a1和a2單獨(dú)的請(qǐng)求次數(shù)不增加；

38、只有信息存儲(chǔ)在本地信息存儲(chǔ)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(chǔ)模塊中存放的信息使用率較高，只對(duì)本地信息存儲(chǔ)模塊中的信息計(jì)算概率和響應(yīng)時(shí)間即可，不需要對(duì)區(qū)塊鏈模塊中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(guò)模擬退火方式選中部分信息存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)模塊中，加快信息讀取速度，信息發(fā)生變化時(shí)，只需要對(duì)變化的信息對(duì)應(yīng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修改，操作簡(jiǎn)便；無(wú)須通過(guò)列舉所有可能，能夠得到存儲(chǔ)到本地信息存儲(chǔ)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(chǔ)在區(qū)塊鏈中，可以保護(hù)敏感信息、進(jìn)行去中心化的身份驗(yàn)證和確保數(shù)據(jù)完整性，能夠提供更高級(jí)別的數(shù)據(jù)保護(hù)，減少數(shù)據(jù)泄露和被修改的風(fēng)險(xiǎn)；本地信息存儲(chǔ)模塊從區(qū)塊鏈中獲得信息，對(duì)外部只開(kāi)放讀數(shù)據(jù)權(quán)限，確保本地信息存儲(chǔ)模塊中信息的完整性和安全性。