本地区块链服务在物联网中的应用实例

本地区块链服务在物联网中的应用实例：分布式传感器数据共享平台

一、系统架构设计

二、硬件准备清单

设备	规格要求	数量	用途
Raspberry Pi 4	4GB RAM	3台	区块链节点
DHT22温湿度传感器	精度±0.5℃	5个	环境数据采集
ESP32开发板	双核240MHz	5个	边缘计算节点
LoRa模块	SX1276芯片	3个	低功耗通信
OLED显示屏	0.96英寸	1个	状态监控

三、软件栈配置

# 区块链核心
sudo apt install docker-compose
git clone https://github.com/hyperledger/fabric-samples
cd fabric-samples/test-network# 物联网设备端
pip install micropython-lib
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_CircuitPython_DHT# 网关服务
npm install -g @hyperledger/caliper-cli
npm install ethers mqttjs

四、实施步骤

1. 搭建本地区块链网络（Hyperledger Fabric）

# 启动测试网络
./network.sh up createChannel -c iotchannel# 部署链码
./network.sh deployCC -ccn iotchaincode -ccp ../chaincode/javascript/ -ccl javascript

2. 编写物联网智能合约 (iotchaincode.js)

const { Contract } = require('fabric-contract-api');class IoTContract extends Contract {async InitLedger(ctx) {await ctx.stub.putState('deviceCount', Buffer.from('0'));}async RecordData(ctx, deviceId, temp, humidity) {const timestamp = new Date().toISOString();const data = { deviceId, temp, humidity, timestamp };// 关键：哈希校验防止篡改const hash = crypto.createHash('sha256').update(JSON.stringify(data)).digest('hex');await ctx.stub.putState(`DATA_${timestamp}`, Buffer.from(JSON.stringify({...data, hash})));// 超温告警逻辑if (parseFloat(temp) > 30.0) {await ctx.stub.setEvent('HIGH_TEMP', Buffer.from(JSON.stringify({deviceId,temp,location: await this.GetDeviceLocation(ctx, deviceId)})));}}async GetDeviceHistory(ctx, deviceId) {const query = { selector: { deviceId } };const iterator = await ctx.stub.getQueryResult(JSON.stringify(query));return await this._iteratorToArray(iterator);}
}

3. ESP32传感器数据采集代码

#include <DHT.h>
#include <LoRa.h>
#include <ArduinoJson.h>#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);void setup() {Serial.begin(9600);LoRa.begin(868E6); // EU LoRa频段dht.begin();
}void loop() {float temp = dht.readTemperature();float humidity = dht.readHumidity();if (!isnan(temp) && !isnan(humidity)) {StaticJsonDocument<200> doc;doc["device"] = "sensor01";doc["temp"] = temp;doc["humidity"] = humidity;doc["timestamp"] = millis();String output;serializeJson(doc, output);LoRa.beginPacket();LoRa.print(output);LoRa.endPacket();}delay(10000); // 10秒间隔
}

4. 区块链网关服务（Node.js）

const { Gateway } = require('fabric-network');
const mqtt = require('mqtt');
const fs = require('fs');// MQTT连接
const mqttClient = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');
mqttClient.subscribe('sensors/#');// Hyperledger连接
const gateway = new Gateway();
await gateway.connect({wallet,identity: 'admin',discovery: { enabled: true, asLocalhost: true }
});
const network = await gateway.getNetwork('iotchannel');
const contract = network.getContract('iotchaincode');// 处理传感器数据
mqttClient.on('message', async (topic, message) => {const data = JSON.parse(message.toString());try {// 提交到区块链await contract.submitTransaction('RecordData', data.device, data.temp.toString(), data.humidity.toString());console.log(`✅ 数据上链: ${data.temp}℃`);} catch (error) {console.error(`❌ 上链失败: ${error}`);}
});

5. 数据查询API（Express.js）

const express = require('express');
const app = express();
const { Gateway } = require('fabric-network');app.get('/history/:deviceId', async (req, res) => {const gateway = new Gateway();await gateway.connect(/* 连接配置 */);const contract = gateway.getContract('iotchaincode');const history = await contract.evaluateTransaction('GetDeviceHistory', req.params.deviceId);res.json(JSON.parse(history.toString()));
});// 实时数据SSE流
app.get('/realtime', (req, res) => {res.setHeader('Content-Type', 'text/event-stream');const listener = (event) => {if (event.eventName === 'HIGH_TEMP') {res.write(`data: ${event.payload.toString()}\n\n`);}};contract.addContractListener(listener);
});app.listen(3000);

五、系统工作流程

1. 数据采集：ESP32每10秒采集温湿度数据
2. 无线传输：通过LoRa发送到区块链网关
3. 数据上链：网关验证后写入Fabric区块链
4. 智能告警：温度>30℃时触发事件
5. 数据查询：通过API获取历史数据或实时SSE流

六、安全增强措施

1. 设备身份认证

   // 设备注册智能合约
   async RegisterDevice(ctx, deviceId, publicKey) {const exists = await this._deviceExists(ctx, deviceId);if (exists) throw new Error('设备已注册');await ctx.stub.putState(`DEVICE_${deviceId}`, Buffer.from(publicKey));
   }
   

2. 数据签名验证

   // ESP32端添加数字签名
   #include <Crypto.h>
   #include <SHA256.h>SHA256 sha;
   String signature = sha.hmacHash(privateKey, dataString);
   

3. 传输层加密

   # 启用LoRaWAN加密
   LoRa.enableCrypto();
   LoRa.setKey("mySecretKey123456");
   

七、监控仪表盘实现（React）

function Dashboard() {const [realtimeData, setRealtimeData] = useState([]);useEffect(() => {const eventSource = new EventSource('/realtime');eventSource.onmessage = (e) => {setRealtimeData(prev => [...prev, JSON.parse(e.data)]);};return () => eventSource.close();}, []);return (<div><h3>实时监控 (温度>30℃告警)</h3><ul>{realtimeData.map((alert, i) => (<li key={i}>{alert.deviceId} 温度过高: {alert.temp}℃</li>))}</ul></div>);
}

八、部署与测试

1. 启动网络：

   cd fabric-samples/test-network
   ./network.sh up
   

2. 模拟传感器：

   # 模拟数据脚本
   import paho.mqtt.publish as publish
   import random, timewhile True:temp = random.uniform(20.0, 35.0)msg = f'{{"device":"sensor01", "temp":{temp:.1f}, "humidity":50}}'publish.single("sensors/temp", msg, hostname="localhost")time.sleep(5)
   

3. 验证区块链数据：

   docker exec cli peer chaincode query -C iotchannel -n iotchaincode \-c '{"Args":["GetDeviceHistory","sensor01"]}'
   

九、应用场景扩展

1. 冷链药品监控：实时追踪温度变化并永久记录
2. 工业设备预测性维护：记录设备状态历史
3. 智能电表数据共享：防篡改的能源消耗记录
4. 农业环境监测：分布式农场数据采集

关键优势：

• 数据不可篡改：所有传感器数据永久记录在区块链上
• 去中心化验证：多个节点共同验证数据真实性
• 自动执行规则：通过智能合约实现实时告警
• 零第三方依赖：完全本地化部署，无云服务依赖

此方案可在树莓派集群上运行，适合工厂、实验室等需要高数据可信度的物联网场景，同时保障数据主权和隐私安全。