基于区块链的物联网身份认证系统

摘要

作为新一代信息技术的高度集成和综合应用，物联网既符合互联网技术的发展潮流，又满足当下的实用需求。然而，正由于互联网的继承性，物联网先天的基因特性导致安全成为架构体系中最棘手的问题。本文利用区块链的去中心化以及交易数据不可篡改等特性，设计并实现了一种物联网设备对用户的身份认证系统。 针对传统的中心化服务器架构的不足，本文提出了一种基于区块链的物联网身份认证方案。该方案使用区块链作为底层存储数据库，一是实现了设备、用户和节点间的去中心化结构，降低了中心化基础设施建设和维护的成本；二是区块的链表式结构使交易记录很难被篡改，分布式账本保证即便一部分节点的宕机或背叛，系统也能正常运行。通过椭圆曲线加密算法为设备和用户生成身份ID，一方面实现了身份的伪匿名性，另一方面通过节点对交易签名的验证保障了发送方身份的真实性；另外，以预定义代码形式存在的智能合约账户作为系统的鉴权者，维护数据的写入和读取。 本文首先从区块链去中心化的特点展开，通过对区块链关键技术的详细阐述，为后续的系统设计提供技术理论支撑。然后使用UML用例建模的方法对系统区块链层、设备端和用户端三大组成部分的功能提出需求分析，从而引出系统的总体设计方案。根据系统功能需求完成了私有链开发环境的搭建，设计并编写了智能合约实现对设备和用户的身份鉴权和数据管理；针对设备端和用户端的主要功能模块，给出了UI设计以及业务逻辑流程，实现了一个基于区块链的物联网身份认证、识别和管理系统。最后，在私有链环境下通过对区块生成时间测试分析了系统的吞吐量，同时对设备端和用户端的功能进行兼容性测试。针对性能优化问题，对创建钱包模块和数据上传模块的内存泄漏、CPU占用率以及消耗流量进行测试与分析，验证了系统的合理性及其良好的性能。

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