用于记录对象的运输数据的方法、介质、物联网设备、区块链
平台和物联网系统
技术领域
[0001] 本公开概括而言涉及物联网(Things of Internet，IoT)领域，更具体地，涉及一种用于记录对象的运输数据的方法、计算机可读介质、物联网设备、区块链平台和物联网系统。
背景技术
[0002] 当前，随着人们对各种货物的需求提高以及物流运输网络的发展，冷链运输已经成为一种常见的运输方式，尤其是对于许多之前不能或不便长途运输的货物来说。例如，各种蔬菜、
水果、肉类等生鲜食品和各种速冻食品和奶制品等加工食品已经能够通
过冷链运输从几千公里之外的生产地送到本地的超市或消费者家中。此外，一些需要低温冷藏的药品和医疗器械等也需要通过冷链运输来从一个地方转移到另一个地方。冷链运输方式可以是公路运输、水路运输、
铁路运输、航空运输中的任一种，也可以是多种运输方式组成的综合运输方式。在运输全过程中，无论是装卸搬运、变更运输方式、更换
包装设备等环节，都需要使所运输的对象始终保持一定
温度。
[0003] 在当前的冷链运输过程中，利用温度检测设备来检测和记录各个地点的温度，如生产地仓库、运输工具(如冷藏车)和目的地(如超市
门店或物流配送点)等。
发明内容
[0004] 然而，由于当前的温度检测设备使用的是通用的温度
传感器，没有身份标识号，从而最终提供的温度数据有可能已经被篡改过。例如，在许多冷藏车中，温度检测设备固定在车厢内，由车辆本身供电，在长途运输过程中司机有可能为省电而关闭冷藏车厢的电源供应但是保持温度检测设备的读数不变。这样，当货物到达目的地时从温度检测设备得到的是一系列恒定不变的符合条件的温度值，但是事实上在运输过程中货物并不是一直保持在该温度值。
[0005] 此外，在当前的这种温度检测和记录过程中，通常只能检测所处的各个地点(如仓库、运输工具和目的地)的某个特定点位的
环境温度，而不能近距离检测货物本身的温度。
[0006] 进一步地，当前的冷链运输过程中，在到达目的地后从温度检测设备中读出温度数据并将其传输给中心化
数据库，这种数据库中的数据容易被篡改和删除，导致数据不可信。
[0007] 除了冷链运输之外，对于一些其他特殊货物，如易碎物品等，的运输，也需要持续记录货物运输过程中的各种数据以确保运输条件符合要求。
[0008] 针对上述问题中的至少一个，本公开提供了一种能够记录对象的运输数据的方法、物联网设备以及包含这样的物联网设备的物联网系统。
[0009] 根据本公开的第一个方面，提供了一种用于记录对象的运输数据的物联网设备。该物联网设备在生产过程中一次性
软件烧写有一个私钥。该物联网设备包括：至少一个传感器，其被配置为感测该对象在运输过程中的外部环境数据；以及处理器，其被配置为从该传感器接收该数据，并基于该数据利用该私钥生成数据包，该数据包包含该物联网设备的唯一身份标识号、该数据和根据该唯一身份标识号和该数据产生的签名。
[0010] 根据本公开的第二个方面，提供了一种用于记录对象的运输数据的方法。该方法包括：从物联网设备的至少一个传感器接收所感测到的该对象在运输过程中的外部环境数据，该物联网设备在生产过程中一次性软件烧写有一个私钥；以及基于该数据利用该私钥生成数据包，该数据包包含该物联网设备的唯一身份标识号、该数据和根据该唯一身份标识号和该数据产生的签名。
[0011] 根据本公开的第三个方面，提供了一种用于记录对象的运输数据的非易失性计算机可读介质。该非易失性计算机可读介质包括：用于从物联网设备的至少一个传感器接收所感测到的该对象在运输过程中的外部环境数据的
计算机程序代码，该物联网设备在生产过程中一次性软件烧写有一个私钥；以及用于基于该数据利用该私钥生成数据包的计算机程序代码，该数据包包含该物联网设备的唯一身份标识号、该数据和根据该唯一身份标识号和该数据产生的签名。
[0012] 根据本公开的第四个方面，提供了一种用于记录对象的运输数据的区块链平台。该区块链平台包括：底层区块链；以及应用
服务器或
智能合约实体，其被配置为从物联网设备接收数据包，基于该物联网设备的公钥对该数据包进行验证，并且在验证成功时将该数据包中的该数据存储到该底层区块链。
[0013] 根据本公开的第五个方面，提供了一种用于记录对象的运输数据的方法。该方法包括：从物联网设备接收数据包；基于该物联网设备的公钥对该数据包进行验证；以及在验证成功时将该数据包中的该数据存储到底层区块链。
[0014] 根据本公开的第六个方面，提供了一种用于记录对象的运输数据的非易失性计算机可读介质。该非易失性计算机可读介质包括：用于从物联网设备接收数据包的计算机程序代码；用于基于该物联网设备的公钥对该数据包进行验证的计算机程序代码；以及用于在验证成功时将该数据包中的该数据存储到底层区块链的计算机程序代码。
[0015] 与常规的用于记录货物运输数据的物联网设备和系统相比，本公开的方案能够保证对货物运输数据的准确检测和记录并且能够防止数据被篡改。
附图说明
[0016] 通过参考下列附图所给出的本公开的具体实施方式的描述，将更好地理解本公开，并且本公开的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见，其中：
[0017] 图1示出了根据本公开的用于记录对象的运输数据的物联网设备的结构方
框图；
[0018] 图2示出了根据本公开的应用记录对象的运输数据的方法100的方框图；
[0019] 图3示出了根据本公开的用于记录对象的运输数据的物联网系统的示意图；
[0020] 图4A示出了根据本公开的一种
实施例的区块链平台的方框图；
[0021] 图4B示出了根据本公开的另一种实施例的区块链平台的方框图；以及[0022] 图5示出了根据本公开的用于记录对象的运输数据的方法的
流程图。
具体实施方式
[0023] 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0024] 图1示出了根据本公开的用于记录对象的运输数据的物联网设备10的结构方框图。如图1中所示，物联网设备10包括至少一个传感器12和处理器14。传感器12被配置为感测对象在运输过程中的外部环境数据。
[0025] 传感器12可以是如下所述的
环境传感器、运动传感器、
气体传感器和
位置传感器中的一种或多种的组合。
[0026] 在一种实现中，传感器12可以是诸如温度传感器、
湿度传感器或气压传感器之类的环境传感器。例如，在本公开背景技术部分所述的冷链运输中，在运送诸如蔬菜、水果、肉类等生鲜食品以及生鲜奶制品等时，运输过程中的温度和湿度对于保持货物品质极其重要，因此传感器12可以采用温度传感器和/或湿度传感器，以监控货物在运输过程中的温度和/或湿度。又例如，某些货物的运输可能需要特定的气压，如低气压或高气压，在这种情况下传感器12可以采用气压传感器，以监控货物在运输过程中的气压。
[0027] 在另一种实现中，传感器12可以是诸如
陀螺仪、
加速度传感器或指南针之类的运动传感器(也称为惯性传感器)。例如，对于某些易碎物品，需要监控运输过程中的加速度或冲击等，因此在这种情况下传感器12可以采用加速度传感器。
[0028] 在另一种实现中，气体传感器包括能够对各种气体进行检测的传感器，例如检测一
氧化
碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲
醛类气体等的传感器，其能够是利用各种原理的气体传感器。例如，在运输对于某些气体敏感的货物时，传感器12可以采用用于监测该种气体的浓度的气体传感器。
[0029] 此外，传感器12也可以是诸如全球
定位系统(GPS)的
位置传感器，用于监测货物在运输过程中的位置轨迹。
[0030] 图2示出了根据本公开的应用记录对象的运输数据的方法100的方框图。方法100例如由图1中所示的物联网设备中的处理器14执行。以下结合图1和图2对方法100进行描述。
[0031] 处理器14被配置为从传感器12接收所感测到的外部环境数据(步骤102)。与常规的物联网设备不同，根据本公开的物联网设备10具有唯一的身份标识号并且与一对特定于该物联网设备10的公私钥对相关联。并且，处理器14被配置为利用该公私钥对中的私钥对从传感器12接收到的数据进行处理以生成数据包(步骤106)。该私钥可以在物联网设备10的生产过程中一次性软件烧写(OTP)到该物联网设备10中，例如图1中所示的物联网设备10的
存储器17中。这里，一次性软件烧写是指将数据编程到
非易失性存储器上，其中每个比特的设置通过熔丝(fuse)或反熔丝(antifuse)
锁定。执行OTP的存储器是一种
只读存储器(ROM)，数据仅可以在这种存储器上烧写一次。因此，这种存储器上的数据是永久不可变的。通过在物联网设备10的生产过程中将该私钥一次性烧写到物联网设备10上，在物联网设备
10的整个生命期期间物联网设备10的私钥将不会改变，从而能够保证私钥的安全性以及传感器12所获取的数据的安全性。该数据包至少包含物联网设备10的唯一身份标识号、从传感器12接收到的数据和根据该唯一身份标识号和该数据所产生的签名。
[0032] 在一种实现中，处理器14可以将该公私钥对中的公钥用作物联网设备10的唯一身份标识号。通过将公钥重用作为物联网设备10的唯一身份标识号，减少了区块链平台20标识物联网设备10所需的信令。在这种情况下，通过物联网设备10将其唯一身份标识号向区块链平台注册使得区块链平台能够同时得知其唯一身份标识号和公钥。
[0033] 在另一种实现中，物联网设备10的唯一身份标识号由处理器14基于该公私钥对中的公钥而产生。例如，处理器14可以对该公钥执行加密的哈希(Hash)运算并将运算结果作为该物联网设备10的唯一身份标识号。通过单独设置物联网设备10的唯一身份标识号和公钥，物联网设备10的公钥也能够得到保护并且如果使用相同的哈希运算的话，一个提供商提供的所有物联网设备的唯一身份标识号能够具有相同的长度。在这种情况下，物联网设备10可以通过注册过程将其公钥发送给区块链平台，并且将所使用的哈希运算告知区块链平台，如二者提前预设或者通过单独的信令告知区块链平台。本领域技术人员可以理解，本公开并不局限于此，物联网设备10的唯一身份标识号可以通过任何已知或将来开发的其他方式获得或为其分配，只要该唯一身份标识号能够全局唯一地标识该物联网设备10。
[0034] 在一种实现中，在步骤104中处理器14产生数据包的过程可以包括如下子步骤。首先，处理器14对物联网设备10的唯一身份标识号和从传感器12接收的数据的组合进行哈希运算(子步骤1042)。与只对感测到的数据进行哈希运算不同，通过将感测到的数据和唯一身份标识号二者执行哈希运算，唯一身份标识号和感测到的数据都能够得到保护。然后，处理器14利用该公私钥对中的私钥对哈希运算后的结果进行非对称加密以生成签名(子步骤1044)。这里的哈希运算可以是常规的MD4、MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-3、BLAKE2等
算法中的任意一种。此外应当注意，处理器14对唯一身份标识号和数据执行的哈希运算与上述产
生物联网设备10的唯一身份标识号的哈希运算可以相同也可以不同。最后，处理器14将物联网设备10的唯一身份标识号、从传感器12接收的数据和所产生的签名打包为一个数据包(子步骤1046)。
[0035] 在一个实例中，处理器14产生的数据包的内容包括物联网设备10的唯一身份标识号、从传感器12接收的数据和处理器14所产生的签名，而数据包的格式可以是固定的或者可变的，这将在下面详细描述。
[0036] 此外，处理器14还被配置为将所产生的数据包发送给区块链平台(如图3中所示的区块链平台20)以进行存储(步骤106)。为此，物联网设备10还可以包括通信模块16，其被配置为从处理器14接收数据包并将该数据包发送给该区块链平台以进行存储。在发送数据包之前，通信模块16还被配置为，例如在处理器14的控制下，将物联网设备10的唯一身份标识号注册到区块链平台。
[0037] 在一些情况下，可能希望在目的地集中读出对象的运输过程中的所有数据，为此可以为物联网设备10配置离线通信功能。在这些情况下，通信模块16可以包括离线通信
接口，其通过近距离通信与扫描器进行通信以将处理器14所产生的数据包发送给扫描器，该数据包又被该扫描器转发给区块链平台。这里，近距离通信可以包括
近场通信(NFC)、
射频识别(RFID)通信或本领域任何已知或未来开发的其他近距离通信方式，如WiFi、蓝牙、ZIGBEE等中的任何一种或多种。
[0038] 在一些情况下，可能希望实时或基本实时地监控对象的运输过程中的所有数据，为此可以为物联网设备10配置在线通信功能。在这些情况下，通信模块16可以包括在线
通信接口，其直接与无线接入网相连，并通过无线接入网将处理器14所产生的数据包发送给区块链平台。这里，通信模块16的在线通信功能可以通过本领域已知或未来开发的任何无线接入技术(RAT)来实现。
[0039] 本领域技术人员可以理解，将通信模块16配置为支持在线通信还是离线通信或者两者都支持可以取决于各种因素，例如生成成本以及要监控的货物本身的情况等。
[0040] 此外，除了上述无线通信功能之外，物联网设备10的通信模块16还可以支持有线通信功能。在这种情况下，通信模块16包括有线通信接口(例如通用
串行总线(USB)接口)，其通过数据线缆(例如USB线)直接或间接地将处理器14所产生的数据包发送给区块链平台。
[0041] 此外，物联网设备10还可以包含电源组件18，其用于对自身进行供电。电源组件18可以是
电池等。与常规技术中的检测设备由外部供电不同，通过利用自身包含的电源组件进行自供电，能够进一步防止传感器12获得的数据被篡改。
[0042] 可以理解，根据本公开的物联网设备10还可以包含与本公开的方案相关或无关的其他组件，如存储器、收发器和天线等，在此不再赘述。
[0043] 图3示出了根据本公开的用于记录货物运输数据的物联网系统1的示意图。如图2中所示，物联网系统1除了上述结合图1描述的物联网设备10之外，还包括区块链平台20。区块链平台20被配置为从物联网设备10接收处理器14所产生的数据包，基于物联网设备10的公钥对数据包进行验证，并在验证通过时存储数据包中的数据。
[0044] 如上所述，数据包的格式可以是固定的或者是可变的。在一种实现中，使用固定格式的数据包。下面的表1示出了数据包的一种示例性固定格式：
[0045] 表1
[0046]唯一身份标识号 数据 签名
[0047] 其中，唯一身份标识号字段指示物联网设备10的唯一身份标识号，数据字段指示传感器12所感测到的数据，签名字段指示处理器14根据物联网设备10的唯一身份标识号和传感器12所感测到的数据所生成的签名。本领域技术人员可以理解，数据包的固定格式并不局限于表1中所示的特定顺序或形式，而是可以采用本领域技术人员能够设想的各种其他形式。
[0048] 在使用固定格式数据包的情况下，可以预先在物联网设备10和区块链平台20中分别配置该固定格式。例如，可以预先配置唯一身份标识号字段、数据字段和签名字段各自的长度值和排列顺序。
[0049] 图4A示出了根据本公开的一种实施例的区块链平台20的方框图。如图4A所示，区块链平台20包括底层区块链22和与底层区块链22接口的
应用服务器24，如提供本公开所述的运输数据的记录服务的提供商的应用服务器。
[0050] 图4B示出了根据本公开的另一种实施例的区块链平台20的方框图。如图4B所示，区块链平台20包括底层区块链22，底层区块链22又包括多个区块链
节点26。在这种实现中，可以开发专用于运输数据的记录的智能合约(如图4B中所示的智能合约28)，并将该智能合约发布到区块链平台20上，例如发布到多个区块链节点26上。此时，区块链节点26是智能合约28的宿主，在本公开中也被称为智能合约实体28。智能合约28例如可以由系统1的开发者或者其他提供商开发，可以被认为是系统1的一部分。
[0051] 这里，底层区块链22可以是本领域已知或将来开发的任何区块链，包括公有链、联盟链或私有链等，在本公开中不再详细描述。
[0052] 图5示出了根据本公开的用于记录对象的运输数据的方法200的流程图。方法200例如由区块链平台20实现。下面结合图4A-图4B和图5对方法200进行描述。
[0053] 在步骤202，区块链平台20从物联网设备10接收数据包。可以理解，该数据包应当伴随有物联网设备10的唯一身份标识号。接下来，区块链平台20确定该唯一身份标识号是否已注册(步骤204)。如果该唯一身份标识号已注册(步骤204判断为“是”)，则区块链平台20从该数据包中提取物联网设备10的唯一身份标识号和传感器12所感测的数据的组合(步骤206)，并且从数据包中提取签名(步骤208)。然后，区块链平台20对唯一身份标识号和数据的组合执行与上述处理器14产生数据包时所执行的相同的哈希运算(步骤210)，并且使用物联网设备10的公钥对签名进行解密(步骤212)。接下来，区块链平台20将哈希运算的结果与解密的结果进行比较(步骤214)，判断二者是否相同(步骤216)。如果二者相同(步骤
216的判断为“是”)，则表明数据包的验证通过，从而将数据包中的数据存储在底层区块链
22上。如果步骤204或步骤216的判断为否，则结束方法200的操作(步骤220)。由于区块链本身的防篡改特性，存储在区块链22上的数据能够实现安全存储。
[0054] 取决于区块链平台20的实现方式，方法200的各个步骤可以由应用服务器24或智能合约实体28或其组合来实现。例如，上述方法200的步骤202至216可以完全在图4A所示的应用服务器24或图4B所示的智能合约实体28上执行，然后在步骤218将数据存储到底层区块链22上。或者，上述方法的步骤202、204、208和212可以由服务器24执行，其他步骤由智能合约实体28执行。在这种情况下，区块链平台20可以实现为图4A和图4B所示的区块链平台的组合。
[0055] 在通信模块16包括离线通信接口的情况下，物联网系统1还包扫描器30，其用于从物联网设备10接收数据包，并将该数据包转发至区块链平台20。取决于物联网设备10所支持的近距离通信方式，扫描器30应支持同样的近距离通信方式。
[0056] 根据本公开的方案，在货物运输开始时，可以将物联网设备10通电并将其与货物放置在一起(例如放置在货物的包装箱里)，并且在货物运输过程中的各个地点(如仓库、各个运输工具上、目的地)周期性地或非周期性地将物联网设备10在运输过程期间产生的各个数据包传输给区块链平台20(对于物联网设备10支持在线通信功能的情况)，或者在货物到达目的地时一次性从物联网设备10获取运输过程中产生的所有数据包，并将其传送给区块链平台20(对于物联网设备10支持离线通信功能的情况)。
[0057] 通过向物联网设备10赋予唯一身份标识号，能够避免传感器12被复制并且从复制的传感器获取虚假数据。
[0058] 通过利用烧写软件将私钥一次性烧写到物联网设备10中并且利用该私钥对传感器12获取的数据进行加密并且由区块链平台20利用相对应的公钥进行解密，能够保证数据传输的安全性。
[0059] 此外，通过将数据上传到区块链平台中并且由区块链平台对数据进行验证和存储，能够进一步提高数据存储的安全性。
[0060] 在一个或多个示例性设计中，可以用
硬件、软件、
固件或它们的任意组合来实现本公开所述的功能。例如，如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。
[0061] 本文公开的装置的各个单元可以使用分立硬件组件来实现，也可以集成地实现在一个硬件组件，如处理器上。例如，可以用通用处理器、数字
信号处理器(DSP)、专用集成
电路(ASIC)、
现场可编程门阵列(FPGA)或其它
可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。
[0062] 本领域普通技术人员还应当理解，结合本公开的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成
电子硬件、计算机软件或二者的组合。
[0063] 本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本公开。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种
修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的情况下应用于其它
变形。因此，本公开并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。
