一种基于异构多链多应用的协同创新数据共享平台系统

摘要

本发明公开了一种基于异构多链多应用的协同创新数据共享平台系统，所述系统采用多链多业务应用架构，不同参与主体分别参与到不同的区块链网络中；某些参与主体同时参与在多个区块链网络；不同区块链网络之间通过跨链交换和共享数据，其中，所述数据共享系统采用“1+N”分层多片的组织构架，包括1个上层网络和N个下层网络，上层网络中的全节点用于负责维护全网数据、交易一致性，下层网络负责维护子网内部交易一致性。本平台系统实现了去中心化数据共享模式，能够处理复杂任务、提高数据安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机网络通信技术，具体地涉及一种基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统。

背景技术

科技协同创新各研究机构和企业积累了大量行业数据，这些数据是各协同主体数据交流和交易活动的数字化记录，是能够被重复利用的非物质财富。但是由于系统差异等原因各主体之间形成了若干的数据孤岛，进而严重影响了数据价值的释放。因此，亟需通过数据共享打通数据壁垒，释放数据流通起来的价值。现有的数据共享方案主要基于中心化数据共享平台，各个单位或部门通过网络、系统接口或人工上传的方式，将各单位数字资源上传到共享平台中进行协同合作或数据共享。由于数据全部集中于共享平台上，难以避免中心化系统固有易受网络攻击的安全风险，一旦发生数据泄漏会造成严重后果。而且，由于数据共享平台缺少隐私数据保护机制，导致各个参与方的一些敏感数据不敢共享，由此限制了后续业务的开展。

目前常用的应用架构采用单链单应用或单链多应用结构，具体如下：

(1)单链单业务应用架构

单链单业务应用架构通过数据共享的重要参与方共同提供区块链节点、组建联盟链，提供分布式共享账本，而上层的应用为单一应用。在这种架构下，供应链的各个参与方实际上是在同一个应用系统中完成操作，通过区块链，分布式地将产生的交易数据和操作行为进行存证。

(2)单链多业务应用架构

单链多业务应用架构与单链单应用架构仍然通过参与方之间共同组建区块链网络，但根据参与方的角色不同，提供不同的应用系统供用户使用。不同参与方在各自的应用中操作，写入自己的区块链节点，通过区块链网络的共识机制，实现数据共享。在这种架构下，区块链除了分布式、可信的数据和操作存证之外，还提供了多方数据基于区块链的数据共享能力。这种架构还允许参与方改造现有信息系统与区块链网络对接，满足用户操作企业内部系统，与外部其它企业实现业务协同。

但是上述两种应用架构已经无法满足目前数据量大、任务复杂且不同应用之间基于保密属性、数据隔离、业务协调等问题难以构建一个单一网络。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种于异构多链多应用的科技协同创新数据共享系统，实现去中心化数据共享模式，能够处理复杂任务、提高数据安全性，有效防止数据泄露。

为实现上述目的，本发明一种基于异构多链多应用的协同创新数据共享平台系统，所述系统采用多链多业务应用架构，不同参与主体分别参与到不同的区块链网络中；某些参与主体同时参与在多个区块链网络；不同区块链网络之间通过跨链交换和共享数据，其中，所述数据共享系统采用“1+N”分层多片的组织构架，包括1个上层网络和N个下层网络，上层网络中的全节点用于负责维护全网数据、交易一致性，下层网络负责维护子网内部交易一致性。

进一步，科技协同创新网络的参与主体可以使用区块链构建的分布式网络，每个参主体通过联盟节点的方式加入到区块链网络，一致性分布式账本记录共享数据索引、数据日志存证和数据校验；各个联盟节点通过区块链节点实现共享数据维护，区块链节点通过点对点协议进行数据和通讯交互。

进一步，所述上层网络中的全节点通过DPos的方式选举出来，全节点之间通过Hashgraph达成共识；每个全节点从下层网络中接收两类数据：下层网络内部节点的交易数据和跨子网交易数据。

进一步，所述上层网络中的全节点通过DPos的方式选举出来，全节点之间通过Hashgraph达成共识；每个全节点从下层网络中接收两类数据：下层网络内部节点的交易数据和跨子网交易数据。

进一步，下层网络可根据网络规模和应用需要被划分为不同的片，片中的节点称为局部全节点，负责维护子网内部交易一致性；局部全节点的选举基于其Token数量、处理能力、带宽、和在线时长，局部全节点之间通过Hashgraph达成子网交易共识；下层网络还包括运行在轻客户端的轻节点和运行在智能物联网设备上的微节点。

进一步，各个节点的设置如下：

全节点：存储完整数据，负责维护全网交易数据，并保证全网交易顺序的一致性；

局部全节点：存储片内数据，负责维护子网交易数据，并保证子网交易顺序一致性；

轻节点：通常为轻量级客户端钱包，该节点可通过局部全节点做代理完成数据请求和发送；

微节点：通常为智能物联网设备，该节点可通过局部全节点做代理完成数据请求和发送。

进一步，在区块链层之上，每个联盟节点按照一定的规范标准对外提供数据服务，联盟节点之间的数据交互以点对点的方式进行，各联盟节点之间根据使用场景使用专线或者VPN进行通讯。

进一步，为了解决任何一个节点对数据操作(包括添加、修改、删除)能够被准确同步到其他节点，所述系统还包含有智能合约模块，用于提供智能合约机制；所述智能合约机制提供一套智能合约，用于维护数据索引共享账本，账本记录共享数据的最终状态及事件日志；在最终状态中记录每条数据的最新Hash值，用于同步节点进行数据对比，从而防止数据不一致；同时事件日志记录所有数据变动记录，一条数据最终状态数据可能对应多次事件日志；所有节点可以在第一时间获得合约事件推送，用于同步节点数据库，也可以主动向账本定期对账，保证各个节点数据库和区块链账本一致。

进一步，所述智能合约机制的操作流程包括如下步骤：

步骤一：节点A产生了对某条数据的数据变动操作,所述节点A首先生成该数据的校验Hash值，通过智能合约API接口写入到智能合约中；

步骤二：智能合约将这条数据状态记录写入到一致性账本中，并同步记录了一条操作日志；所述操作日志被同步到所有区块链网络节点；

步骤三：节点B收到了这个事件推送，通过原数据获取地址Source_link，节点B获得原数据，并通过标准的Hash算法对原数据计算Hash值；

步骤四：节点B向合约请求这条数据的最终状态，检查其校验值Hash是否一致，如果一致则说明数据无误；反之则说明数据状态存在异常需要进行对账处理。

进一步，所述数据状态包括索引号、校验Hash值和/或原数据获取地址。

本发明通过区块链技术，可以实现去中心化数据共享模式，解决了数据不公开、数据未集中、获取难度大等多行业主体的痛点，通过去中心化的方式有效降低了实现大一统集中化系统开发成本，并保护了各个机构、部门和子系统的隐私和数据运营的利益。

附图说明

图1为根据本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统中多链多业务应用架构示意图；

图2为根据本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统中主侧链应用架构示意图；

图3为根据本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统中“1+N”区块链基础构架图；

图4为根据本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统中基于区块链的去中心化数据共享总体架构图；

图5为根据本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统中基于区块链的数据共享原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据图1-图5，本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享平台系统，基于区块链技术的多业务网络架构实现。

区块链具有分布式账本、共享数据、共识机制、数据不可篡改等特性，因此非常适合作为数据共享协同创新网络的底层技术架构。

科技协同创新主体是由核心企业、院校、科研机构等成员组织构成，它们间的组织应由三个基本面构成：主体成员、成员网络结构变量、成员数字资产供需连接方式。

对于复杂网络结构的数据共享模型而言，可以根据业务特点使用联盟链异构多链多应用技术。使用多链技术相比单链在容量、隔离性、隐私、性能、扩展等方面更有优势。主体进行基于区块链的数据共享协同网络建设可以根据自身业务需求进行相应选择。

科技协同创新数据共享的参与主体存在多样性、差异性。各研究机构、院校和企业也会因为其规模大小和所处的层级和保密程度的不同而在数据共享网络中要对应不同的权限。基于区块链的数据协同共享并未形成统一、公认和经过实践检验的应用架构，仍存在着多样性。

根据本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享系统，采用多链多业务应用架构。根据运营主体、协同方式不同，可分为核心机构主导架构、第三方平台架构以及联盟式协同架构。

如图1所示，多链多业务应用架构是指，在科技协同创新中，不同参与方分别参与到不同的区块链网络中；某些参与方同时参与在多个区块链网络；不同区块链网络101、102之间通过跨链103交换和共享数据，从而实现更大范围的数据共享和基于数据的业务协同。在这种架构下，不同参与方多采用不同的业务应用。其中企业主体101包括企业1、企业2、企业3；院校主体102包括院校1、院校2、院校3以及研究机构103，其各自的系统以及节点，通过跨链104实现网络连通。

采用多链模式，是由于不同参与方所参与的共享协作网络不完全相同、不同协作网络的参与方由于保密属性、数据隔离、业务协调等问题难以构建一个单一网络。

除了采用多链多业务应用架构之外，本发明还应用了主侧区块链应用架构，如图2所示，参与主体(包括企业1、企业2、企业3、院校1、院校2、院校3以及研究机构103，其各自的系统以及节点)在使用一条主链201进行全局共识和数据共享、交换的基础上，部署多条侧链202，203，完成多项供应链业务。侧链202，203完成局部共识，具备较高的性能；主链201则为业务协同提供更大范围的支持。

采用主侧区块链模式，既可以满足小范围内高效协同、信息交换的需求，又可以在保证一定程度的数据隔离的同时，实现数据全局可验证，满足某些场景下对大规模应用的性能需求。

通过区块链技术，可以实现去中心化数据共享模式，解决了数据不公开、数据未集中、获取难度大等多行业主体的痛点，通过去中心化的方式有效降低了实现大一统集中化系统开发成本，并保护了各个机构、部门和子系统的隐私和数据运营的利益。本方案还提出基于分布式账本及智能合约技术实现分布式架构的数据信息共享平台(以下简称共享平台)的技术方案。科技协同创新网络的参与主体可以使用区块链构建的分布式网络，每个参与机构通过联盟节点的方式加入到区块链网络，一致性分布式账本记录共享数据索引、数据日志存证和数据校验。各个联盟节点通过区块链节点实现共享数据维护，区块链节点通过点对点协议(P2P协议)进行数据、通讯交互。

根据数据共享实际业务出发，区块链选用联盟链的基础构架。进一步的，综合考虑区块链数据共享网络用户量较大、长期运行对存储、性能和扩展性方面的要求，采用“1+N”分层多片的组织构架，区块链的基础结构如图3和4所示。上层网络300相当于区块链骨干网络，唯一存在，其中的节点称为全节点(full node)，负责维护全网数据、交易一致性。为了保持网络稳定性，全节点通过DPos的方式选举出来，全节点之间通过Hashgraph达成共识。每个全节点从下层网络中接收两类数据：下层网络内部节点的交易数据和跨子网交易数据。下层网络则可根据网络规模和应用需要，可被划分为不同的片(包括用户管理分片301，信息发布分片302，支付系统分片303)(也称为应用链)，片(301，302，303)中的节点称为局部全节点(local full node)，负责维护子网内部交易一致性。与全节点不同，局部全节点的选举则综合考虑其Token数量、处理能力、带宽、在线时长等因素，局部全节点之间通过Hashgraph达成子网交易共识。其余运行在轻客户端和智能物联网设备上的节点称为轻节点和微节点。各类型节点在的存储设计也各不相同。

全节点：存储完整数据，负责维护全网交易数据，并保证全网交易顺序的一致性。

局部全节点：存储片内数据，负责维护子网交易数据，并保证子网交易顺序一致性。

轻节点：通常为轻量级客户端钱包，该节点可通过局部全节点做代理完成数据请求和发送。

微节点：通常为智能物联网设备，该节点可通过局部全节点做代理完成数据请求和发送。

采用这样的构架的优势在于：

(1)仅主链节点需保存全网数据，主链节点数可以相对较少，以减小数据存储规模和通信开销。分片内节点仅需保存片内数据，从而可以极大减少区块数据，对于大用户量和需长期稳定运行的区块链基础平台而言，这一点尤为重要。

(2)将主链和应用链分开，主链仅专注于跨链数据交换，而每一条应用链仅负责特定数据的上链，一方面，有利于提升系统并发度，以避免单一链带来的性能瓶颈，提升系统吞吐率。另一方面，由于应用链仅负责特定数据上链，有利于加快链上数据检索。

(3)相对于完全对等的区块链构架，可极大降低主链和应用链的节点规模，从而极大提高共识效率，极大提高系统吞吐率。

(4)根据业务需要，分片数量可以任意扩展，且可保证高性能，从而提升系统不断升级扩展和适应未来变化的能力。

如图4所示，一个示意性实施例中，联盟节点包括第一联盟节点501、第二联盟节点502、第三联盟节点503、第四联盟节点504，在区块链层之上，每个联盟节点(501,502,503,504)需要按照一定的规范标准对外提供数据服务，联盟节点之间的数据交互以点对点的方式进行，数据服务的落地放在应用系统层各家节点可以根据实际情况按照各自规范要求进行建设。

各联盟节点之间的通讯交互需要按照一定的安全标准进行,节点之间根据使用场景可以使用专线或者VPN进行通讯。

在数据共享平台网络中，本发明需要保证网络的整体稳定和数据公信度，所以需要设计一套基本的准入权限机制，只有获得特定许可才能接入网络。按照区块链的节点准入要求，方案建议分为多个级别的节点准入标准，以满足不同级别的权限控制要求。

本方案需要实现的数据共享需要解决任何一个节点对数据操作(包括添加、修改、删除)能够被准确同步到其他节点。假定节点A产生了数据变动事件，附图5是具体流程图，阐述了节点B如何正确同步这些数据变动。

为此，本发明的基于异构多链多应用的科技协同创新数据共享系统，包含有智能合约模块400，提供智能合约机制；

平台提供一套智能合约，该合约维护数据索引共享账本，账本记录共享数据的最终状态(Status)及事件日志(Event Logs)。在最终状态中记录每条数据的最新Hash值，用于同步节点进行数据对比，从而防止数据不一致。同时事件日志记录了所有数据变动记录，一条数据最终状态数据可能对应多次事件日志

所有节点可以在第一时间获得合约事件推送，用于同步第一节点数据库600，也可以主动向账本定期对账，保证各个节点数据库和区块链账本一致。

智能合约机制的标准协作流程如下：

步骤一：节点A产生了对某条数据的数据变动操作，该节点首先生成该数据的校验Hash值，通过智能合约API接口写入到智能合约中。

步骤二：智能合约将这条数据状态记录(包括不限于索引号、校验Hash值、原数据获取地址Source_link等)写入到一致性账本中，并同步记录了一条操作日志Event Log。该操作日志被同步到所有区块链网络节点。

步骤三：节点B收到了这个事件推送，通过原数据获取地址Source_link，节点B获得原数据，并通过标准的Hash算法对原数据计算Hash值。

步骤四：节点B向合约请求这条数据的最终状态(Status)，检查其校验值Hash是否一致，如果一致则说明数据无误；反之则说明数据状态存在异常可能要进行对账处理。

采用分布式架构方案来构建数据共享平台的优势在于：分布式模式大大降低数据集中化的系统建设成本平台无需构建大型集中化共享平台，避免对现有系统产生颠覆性的改造；分布式系统仅需要每个应用节点配置一个区块链节点即可；区块链节点对服务器硬件可靠性没有高要求,以上可以大大降低各个参与机构初期投入成本。数据在源头，确保源数据安全通过区块链进行数据的索引和校验分享，可以让原数据存在各个数据采集或管理系统当中，通过授权的接口进行使用时的按需数据汇集和使用，并减少不必要的数据汇集与集中，也同时减少数据多点维护的安全风险和隐私泄露风险。

在获取数据逻辑结果方面，可以结合分布式的计算逻辑，分布式可拆分的计算逻辑直接在数据源头进行，不通过原数据的传输，保证数据的相关安全性以及原数据的隐私性，实现透明、可追踪、可审计。

通过区块链对数据校验值、变动记录数据进行存证，可以保证数据的真实性、追溯性、完整性进行的链上数据审计，形成在原数据之外的对数据进行监管追溯审计的数据生命周期链条。

本方案基于区块链技术为底层，实现新型科技协同创新数据共享平台的建设，涵盖了对基本数据共享活动的全面支持，同时实现对共享数据提供者的数字资产或服务质量的溯源追踪、电子支付服务、用户互动等功能。方案以区块链技术结合应用系统为支撑，规范和优化了数据共享流程，减少主体间交易活动中信息验证等必要开支，建立了不可抵赖、无法人为修改的完整数据全生命周期管理支撑条件，实现数据生成、汇总、使用、保存的全过程可溯源，为数据共享网络平台系统建设提供科学、规范、实时、可靠的数据基础。通过提高数据交易环境的透明度、可信度，节约了大量交易活动的信任成本，真正实现了数据共享的公正、公平、公开。

平台网站用于向公众展示可以公开的数据资源，包括但不限于源代码、技术方案、产品设计、学术论文等。并提供项目合作的供需平台，可以对公众开放，也可采用邀请制，邀请平台特定会员参与合作。平台定期举行活动赛事，推进创新技术应用。为会员提供交流论坛，按会员的行业领域开设分论坛。提供会员后台允许其对账户、资源进行管理。

本发明首先结合科技协同创新背景，分析了企业、大学、研究机构等多主体、多要素、多环节互动互促为基础的协同创新模式，并在此基础上，提出了去中心化联盟区块链异构多链多应用架构。在体系架构和多应用协同中最大程度满足网络化、非线性、开放性的特征，实现各类优质科研成果和技术创新数据网络化管理，开放共享，科学配置，安全可信；然后提出了一个基于上述架构的基于区块链的数据共享应用方案，本方案打通多层次信息资源共享渠道，通过智能合约设计合理的利益分配制度，为科技协同创新提供驱动力。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。