将区块链技术应用到智能锁设计中的可行性分析

智能”或许是科技行业中被用得最多的一个词。有些公司认为项目的智能就是在上面安装一个WiFi适配器，然后制作一个应用程序。但智能的真正含义是什么呢？物联网设备意味着什么？我相信，当设备集合在一起，创造出比单个设备的总和大得多的东西时，它们就会变得“智能”。

自从智能锁问世以来，它已经走过了漫长的道路，但在大多数情况下，智能意味着你可以把手机当作钥匙使用。最近，我和我的一些朋友聚在一起，重新想象了一下一把简单的锁如何才能变得真正智能。我们设计了一个区块链智能锁，可以简化访客管理。它主要针对企业，该系统解决了两个主要问题。

1. 缺乏适合企业规模经营的智能锁

企业的智能锁真的不多。很多企业需要为具有不同权限的不同访问级别的门设置内部锁，最安全的方法是使用生物识别传感器。但是，许多门上都安装了生物识别传感器，这些传感器必须同步，以便为新员工和访客工作，这是非常具有挑战性的。生物识别系统一般将指纹等生物识别信息存储在设备上，因此很难添加新用户。在每个设备上使用生物识别传感器也很昂贵。

但如果这个问题的解决方案就在你的口袋里呢？现在几乎每一部手机都内置了指纹传感器或其他形式的生物识别认证，开发者可以通过API访问它们。这意味着智能手机可以提供一种安全的方式，从生物特征上保证一个人的身份。这个系统是如此的安全，以至于它被用于验证谷歌Pay和Apple Pay等服务中的移动支付。因此，我们可以简单地使用智能手机上的生物识别技术来验证个人的身份，我们可以在一个不需要任何传感器的锁里使用生物识别安全技术。应用程序只需要求通过中央服务器打开一扇门。这个系统的美妙之处在于它具有可伸缩的能力，因为用户权限可以很容易地从服务器中添加或删除，而不需要修改实际的锁。但是当它与访问者管理相结合时，这个系统的真正威力就显现出来了。

2. 访问者管理

第二个问题是缺乏适合企业的访问者管理解决方案。这给访问者带来了麻烦，也给公司带来了高昂的费用，比如为确保访问者的身份而进行的安全保障。我们对这个问题的解决方案是一个区块链，它存储每个人的身份，并由他工作的机构进行验证。例如联合利华可以保证员工的身份，或者莫拉图瓦大学甚至可以保证我是计算机科学与工程系的学生。这使得区块链可以为用户创建一张虚拟名片，该名片由用户手机中的生物识别技术保护。这不是一个适用于单个组织的网络，而是一个完整的组织网络。这样就可以确定任何访问者的身份。

这个系统的操作相当简单。当用户访问公司时，他可以通过自己手机上的生物识别传感器来确认自己的身份，从而在前台申请进入。接待员将立即保证访问者的身份。如果客人已经被邀请，系统将自动允许他进入。

选择一个区块链

我的任务之一是为上述系统创建区块链。这给了我一个亲身体验区块链技术的机会，让我看看炒作到底是怎么回事以及看看技术细节。

我必须做的第一个决定是选择使用哪个区块链平台。经过一番研究，我把选择范围缩小到两个。以太坊和Linux基金会的Hyperledger。两者之间有很多区别，但关键是以太坊是一个公共区块链，更适合B2C用例，并且使用工作证明，而Hyperledger是一个私有区块链，更适合B2B用例。在这一点上，显然最好的选择是使用Hyperledger。我不仅对开发一个简单的B2B解决方案感兴趣，而且对Hyperledger比以太坊更适合保护企业的隐私和规模更感兴趣。

如果决定使用Hyperledger Composer（这是一个设计区块链的有用框架）。这里提供了文档，其中包括一些非常有用的教程。

除了所有需要完成的样板代码和设置（在文档中有很好的解释）之外，区块链的开发实际上只涉及3个脚本，即模型、逻辑和访问控制。

该模型定义了网络中的资产以及参与网络的参与者。例如，如果我们开发一个用于交易商品的区块链，那么该商品将被视为一种资产。它们与java对象非常相似，我们可以定义它们的属性。在这种情况下，参与者将是交易员。我们还必须在模型文件中定义事务。

逻辑就是奇迹发生的地方。这是设计事务逻辑的地方，可以用它来编写智能合约。最后，访问控制脚本定义了区块链不同用户的访问级别。这与SQL中的用户权限非常相似。

这些概念可能很简单，但是将业务问题（即使是简单的问题）转换为模型、逻辑和访问格式并不是那么简单。经过多次策划，我设计出了一个适合我们访客管理问题的网络。

这个网络只需要两种类型的资产，即密钥和密钥链。密钥链用于聚合不同的门，以便门可以被分组到访问级别。每个密钥链都有一个员工列表，这些员工可以访问称为密钥持有者的特定门集。在这里，门类型是一个特殊的用户定义对象，指定它是办公室门还是家庭门。

asset Keychain identified by keychainId{

o String keychainId

--》 Owner owner

o DoorType type

--》 Employee［］ keyholders }

asset Door idenTIfied by doorId {

o String doorId

o String password

--》Keychain chain }

网络中的参与者有三种类型，即雇员、人员和所有者。所有者是企业的管理员，他们可以决定授予员工的访问级别。一个独立的人，因为可能存在着一个不属于任何组织的人（他可能只是一个访客），一个公司的雇员。一个人被企业的所有者授予的雇员。

parTIcipant Owner idenTIfied by ownerId {

o String ownerId

o String name

}

parTIcipant Employee identified by employeeId {

o String employeeId

--》 Owner company

--》 Person employee

o String post

}

participant Person identified by id {

o String id

o String name

}

对于该网络，只定义了少量的事务，这表示系统必须提供的最基本服务。除了grantAccess和revokeAccess事务，还有一个tempAccess事务，允许员工使用智能合约逻辑临时访问自动过期的房间。

transaction TempAccess {

--》 Keychain chain

--》 Employee employee

o DateTime expiry

}

transaction RevokeAccess {

--》 Keychain chain

--》 Employee employee

}

transaction GrantAccess {

--》 Keychain chain

--》 Employee employee

}

现在讲讲逻辑。实际的代码相当简单，创建执行上面定义的每一个事务的函数是一件简单的事情。例如，在执行grantAccess函数时，将grantAccess事务作为参数（如上文所定义，grantAccess事务同时具有一个雇员和一个keychain。该交易的目的是让部分雇员访问该钥匙链），所有需要做的是把雇员的身份证进入钥匙链名单的关键持有人。下面给出了授予和撤消访问权限的代码。

* Revoke access from a person

* @param {org.example.mynetwork.RevokeAccess} rAccess- the trade to be processed

* @transaction

*/

function revokeAccess （rAccess） {

index =-1;

count =0;

console.log（rAccess.chain.keyholders［0］.employeeId）

for （i in rAccess.chain.keyholders）{

if （rAccess.chain.keyholders［count］.employeeId == rAccess.employee.employeeId）{

index = count;

}

count+=1;

}

var NS = “org.example.mynetwork”;

keyholderArray = rAccess.chain.keyholders;

if （index 》 -1）{

keyholderArray.splice（index， 1）;

rAccess.chain.keyholders = keyholderArray;

}

return getAssetRegistry（NS + ‘.Keychain’）

.then（function（keychainRegistry）{

return keychainRegistry.update（rAccess.chain）;

}）

}

/**

* grant access to a person

* @param {org.example.mynetwork.GrantAccess} gAccess- the trade to be processed

* @transaction

*/

function grantAccess （gAccess） {

var NS = “org.example.mynetwork”;

gAccess.chain.keyholders.push（gAccess.employee）;

return getAssetRegistry（NS + ‘.Keychain’）

.then（function（keychainRegistry）{

return keychainRegistry.update（gAccess.chain）;

}）

}

最后，我们需要为区块链设置访问控制权限。这可以通过制定规则来实现。有详细描述规则的作用、规则所适用的参与者、一种操作类型（例如READ或ALL）、一种受规则约束的资源和一个动作：允许或拒绝。此外，还可以添加一个称为条件的额外属性，这是非常有用的。然后我们检查允许企业所有者将属于该企业的门授予某些员工的权限的规则。

rule OwnerGrantAccess {

description： “Allow a business owner to grant access to an employee or visitor， to a keychain in his own business， as well as create and delete keychains”

participant（p）：“org.example.mynetwork.Owner”

operation： ALL

resource（k）： “org.example.mynetwork.Keychain”

condition： （k.owner.getIdentifier（）==p.getIdentifier（））

action： ALLOW

}

在这里，所有者有能力修改属于其企业的密钥链，以便将新雇员的ID推入其关键客户列表，从而允许该雇员访问该门。然而，我们必须确保某个企业的所有者只能进入属于自己组织的门，而不是作为区块链一部分的各个组织的所有门。因此，我们使用条件属性来检查密钥的所有者是否是参与者。

以下是应用于区块链的其他一些规则。

rule OwnerManageDoor {

description： “Allow an owner to create and manage a new door which belongs to his keychain”

participant（p）： “org.example.mynetwork.Owner”

operation： ALL

resource （d）： “org.example.mynetwork.Door”

condition： （d.chain.owner.getIdentifier（）==p.getIdentifier（））

action： ALLOW

}

rule OwnerManageEmployee {

description： “Allow the owner to create and manage an employee”

participant（p）： “org.example.mynetwork.Owner”

operation： ALL

resource（e）： “org.example.mynetwork.Employee”

condition： （e.company.getIdentifier（）==p.getIdentifier（））

action： ALLOW

}

一旦这三个脚本准备好了，我们就可以用几个控制台命令将区块链变成一个REST服务器，我们的区块链终于启动了！

访客者管理的这一概念不一定只适用于办公室。假设你一个人在家，有一个比萨送货员在你的门口。有了这项技术，你就可以保证在你向陌生人打开你的大门之前他确实是来自必胜客的！