电子信息技术

本发明提供了一种工业物联网环境中基于协同缓存的完整性审计方法，其特征是，包括如下步骤：A、系统初始化；B、签名生成；C、文件缓存：采用分级协同缓存，并设计缓存价值函数，以对缓存数据进行及时的替换更新；D、文件查找：E、挑战生成阶段：F、证明生成阶段：G、验证阶段。本发明技术方案在设备节点和云服务器之间引入边缘服务器，采用“云‑边‑端”三层架构增加网络边缘的任务计算和数据处理能力，实现业务应用下沉，将内容更贴近最终用户，以确保不同缓存价值的数据对象快速有效地得到相应审计员的审计，实现了细粒度的完整性检查，满足工业物联网实时审计的需求。

提升数据安全可信度：通过分布式节点协同验证机制，确保工业物联网终端采集数据的完整性与真实性，有效防御数据篡改与伪造攻击，保障生产数据链安全。

优化边缘计算效能：基于缓存协同的审计架构减少云端验证负担，实现边缘侧轻量化数据校验，显著降低网络传输延迟，满足实时性要求高的工业控制场景。

增强系统容错能力：多节点冗余审计策略可在部分节点失效时维持验证功能连续性，提升工业物联网在恶劣环境下的运行可靠性。

降低运维管理成本：自动化审计流程替代人工核查，智能识别异常数据源并定位故障节点，减少设备维护投入与人工巡检频次。

首先，本发明提出了一种端‑边‑云协同缓存机制，即包括有云服务器、边缘服务器和工业设备端这三层架构，可以将每个节点的缓存空间进行分区，通过边缘横向协同，实现缓存内容的分级放置，将内容更贴近最终用户，使缓存内容分布更加合理。

其次，提出了一种融合内容推荐度和缓存开销两种指标的缓存价值函数，并结合缓存命中率和缓存价值作为缓存替换更新的约束条件，对边缘网络中的缓存数据进行动态调整，对缓存数据进行及时的替换更新，减少了访问延迟，提高了用户体验。

然后，引入“有效审计”的概念，边缘服务器将根据本地缓存状态响应请求，只针对被请求的数据文件生成完整性证明，以减少需要审计的文件数量，解决由于无效审计而造成的资源浪费。审计阶段充分考虑了单边缘，多边缘以及多边云协同三种情况下的数据验证。不仅降低了计算开销，还解决由于无效审计而造成的资源浪费。

最后，安全性分析证明了本发明技术方案的正确性和可靠性。理论分析和仿真实验对比得出，本发明能够更快速有效地缓存和审计边缘缓存数据，本发明可以有效确保边缘缓存数据的完整性，有效降低工业任务的等待时延，并且满足工业物联网低延迟低成本的需求，可广泛应用于安全和时延要求严苛的工业物联网中。