区块校验方法和区块链系统与流程

1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及区块校验方法和区块链系统。


背景技术：

2.车联网环境下，车辆收集车载传感器产生的数据，包括感知的道路和周边环境信息、车辆自身状况信息以及车载应用程序所存储的娱乐资讯等信息。车辆具有一定的缓存，可以将以上数据存储在车辆本地服务器。
3.但是，由于车辆的存储资源有限，当资源受限的车辆不能将其收集的数据存储在本地服务器时，任何一辆有空闲缓存资源的车都可充当缓存资源提供者，并为资源受限的车辆提供边缘缓存服务。车辆间可以互相借用缓存资源，形成一种交易，进一步使用区块链的区块校验方法来保证交易的安全性。传统的区块校验方法通常采用工作量证明(pow)的方式，但是其对于车联网的低能耗、低时延要求不能满足。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种区块校验方法和区块链系统，旨在能够满足车联网的低时延、低能耗的要求，提高用户体验。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种区块校验方法，该方法应用于区块链系统，所述区块链系统包括中心节点、多个车辆终端和多个基站，多个基站中部分基站包括预先确定的一个领导基站和多个校验基站，所述方法包括：
6.领导基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于所述边缘缓存交易生成待校验区块；
7.所述领导基站将所述待校验区块广播至所述区块链网络中，以供各所述校验基站对所述待校验区块进行校验；
8.所述领导基站获取全部所述校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将所述待校验区块加入到区块链中。
9.可选地，各所述校验基站对所述待校验区块进行校验，包括：
10.针对每个所述校验基站，该校验基站识别所述待校验区块中包含的边缘缓存交易的合法性，生成识别结果；
11.该校验基站接收其他校验基站发送的识别结果，并基于其他校验基站发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果；
12.该校验基站将所述校验结果发送至所述领导基站。
13.可选地，该校验基站识别所述待校验区块中包含的边缘缓存交易的合法性，生成识别结果，包括：
14.该校验基站若识别出所述待校验区块中包含的边缘缓存交易为合法交易，则生成校验通过的识别结果；
15.该校验基站若识别出所述待校验区块中包含的边缘缓存交易为非合法交易，则生
成校验不通过的识别结果。
16.可选地，该校验基站接收其他校验基站发送的识别结果，并基于其他校验基站发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果，包括：
17.该校验基站判断所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量是否超过第二预设数量；
18.该校验基站在判断出所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量超过第二预设数量的情况下，根据校验通过的识别结果生成所述校验结果；
19.该校验基站在判断出所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量不超过第二预设数量的情况下，根据校验不通过的识别结果生成所述校验结果。
20.可选地，所述领导基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易之前，还包括：
21.中心节点获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息，所述投票信息是所述车辆终端为与自身对应的基站进行投票的投票信息；
22.中心节点根据当前更新周期内的所有投票信息，获取全部基站的投票排名；
23.中心节点选取当前更新周期的投票排名中的前n名基站作为当前更新周期的代表基站，n为不大于基站总数量的奇数；
24.在当前更新周期内，中心节点每隔预设间隔时间段从当前更新周期的代表基站中，将其中一个代表基站确定为所述领导基站，并将其余代表基站确定为所述校验基站；
25.在当前更新周期结束并进入下一更新周期时，中心节点将下一个更新周期作为当前更新周期，并执行获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
26.可选地，所述中心节点选取当前更新周期的投票排名中的前n名基站作为当前更新周期的代表基站之后，还包括：
27.在当前更新周期内，在任意一个所述代表基站产生能力预警的情况下，所述中心节点执行获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
28.可选地，将所述待校验区块加入到区块链中包括：
29.所述领导基站将所述待校验区块进行存储，并将所述待校验区块发送给所有校验基站进行存储，以更新所述区块链；
30.将所述待校验区块加入到区块链中之后，还包括：
31.其他基站定期从所述领导基站或所述校验基站处同步更新后的所述区块链。
32.本发明第二方面提供一种区块链系统，该区块链系统包括中心节点、多个车辆终端和多个基站，多个基站中部分基站包括预先确定的一个领导基站和多个校验基站；
33.所述领导基站，用于获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于所述边缘缓存交易生成待校验区块；将所述待校验区块广播至所述区块链网络中，以供各所述校验基站对所述待校验区块进行校验；获取全部所述校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将所述待校验区块加入到区块链中。
34.可选地，所述中心节点，用于获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息，所述投票信息是所述车辆终端为与自身对应的基站进行投票的投票信息；根据当前更新周期内的所有投票信息，获取全部基站的投票排名；选取当前更新周期的投票排名中
的前n名基站作为当前更新周期的代表基站，n为不大于基站总数量的奇数；在当前更新周期内，从当前更新周期的代表基站中，每隔预设间隔时间段将其中一个代表基站确定为所述领导基站，并将其余代表基站确定为所述校验基站；在当前更新周期结束并进入下一更新周期时，将下一个更新周期作为当前更新周期，并触发自身执行获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
35.可选地，所述中心节点，还用于：
36.在当前更新周期内，在任意一个所述代表基站产生能力预警的情况下，触发自身执行获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
37.本发明具有如下优点：
38.本发明提供一种区块校验方法，领导基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于该边缘缓存交易生成待校验区块；领导基站将待校验区块广播至区块链网络中，以供各校验基站对待校验区块进行校验，领导基站获取全部校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将待校验区块加入到区块链中，相比较于传统的区块校验方法，本方法参与区块校验的基站数目减少，确定校验结果所需的时间和能耗也大大缩减，能够提高区块校验效率、降低区块校验能耗，满足车联网场景中低能耗、低时延的要求，提高了用户体验。
附图说明
39.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
40.图1为本发明实施例提供的一种区块校验方法的流程图；
41.图2为本发明实施例提供的另一种区块校验方法的流程图；
42.图3为本发明实施例提供的又一种区块校验方法的流程图；
43.图4为本发明实施例提供的一种步骤s103的具体实施方式的流程图；
44.图5为本发明实施例提供的一种区块链系统的结构示意图。
具体实施方式
45.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。
46.车联网环境下，车辆收集车载传感器产生的数据，包括感知的道路和周边环境信息、车辆自身状况信息以及车载应用程序所存储的娱乐资讯等信息。车辆具有一定的缓存，可以将以上数据存储在车辆本地服务器。
47.但是，由于车辆的存储资源有限，当资源受限的车辆不能将其收集的数据存储在本地服务器时，任何一辆有空闲缓存资源的车都可充当缓存资源提供者，并为资源受限的车辆提供边缘缓存服务。车辆间可以互相借用缓存资源，形成一种交易，进一步使用区块链的区块校验方法来保证交易的安全性。传统的区块校验方法通常采用工作量证明(pow)的方式，但是其对于车联网的低能耗、低时延要求不能满足。
48.为了解决上述难题，本发明实施例提供区块校验方法。该方法应用于区块链系统，该区块链系统包括中心节点、多个车辆终端和多个基站，多个基站中部分基站包括预先确
定的一个领导基站和多个校验基站。
49.其中，该中心节点具有认证功能和注册功能，能够为基站和车辆终端生成对应的身份信息，该身份信息包含公钥、私钥和身份证明，该中心节点还能够存储各车辆终端的身份信息和账户信息以及各基站的身份信息。
50.车辆终端具有投票功能、缓存功能和计算功能，每个车辆终端既可以作为缓存服务提供终端，也可作为缓存服务请求终端。车辆终端之间可以通过v2v(vehicle to vehicle)链路进行链接。
51.基站具有通信功能和计算功能，还具有生成区块和校验区块的功能。基站和车辆终端之间可以通过无线链路进行通信。
52.图1是本发明实施例提供的一种区块校验方法，该方法应用于区块链系统。如图1所示，该区块校验方法包括以下步骤：
53.步骤s101，领导基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于该边缘缓存交易生成待校验区块。
54.其中，领导基站是由中心节点预先从多个基站中确定出的基站。车辆终端之间的边缘缓存交易是车辆终端之间互相借用缓存资源并基于所属区块链网络形成的交易。待校验区块中包含该领导基站获取的边缘缓存交易。
55.步骤s102，领导基站将待校验区块广播至区块链网络中，以供各校验基站对待校验区块进行校验。
56.其中，校验基站是由中心节点预先从多个基站中确定出的基站。
57.在一个实施方式中，领导基站将待校验区块广播至区块链网络中的步骤，具体包括：领导基站广播区块广播消息至区块链网络中，其中，区块广播消息的数据格式可以表示为：
58.bro＝(bro
msg
||pk
lead
||pk
veri
||ts
bro
||block)。
59.其中，bro为区块广播消息，bro
msg
为区块广播消息标识；pk
lead
为领导基站的公钥，用于标识该区块广播消息的源地址；pk
veri
为校验基站的公钥，用于标识该区块广播消息的目的地址；ts
bro
为时间戳，用于标识该区块广播消息的发送时间；block表示待校验区块。
60.步骤s103，领导基站获取全部校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将待校验区块加入到区块链中。
61.其中，第一预设数量为不大于基站总数量的整数。该第一预设数量可以根据具体实施场景进行具体设定，例如可以是校验基站的总数量的一半或者校验基站的总数量的三分之二。
62.在一个实施方式中，领导基站获取全部校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验不通过的情况下，确定该待校验区块无效，忽略该待校验区块，并重新执行上述步骤s101。
63.本发明实施例提供一种区块校验方法，首先，领导基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于该边缘缓存交易生成待校验区块；然后，领导基站将待校验区块广播至区块链网络中，以供各校验基站对待校验区块进行校验，最后，领导基站获取全部校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将待校验区块加入到区块链中，相比较于传统的区块校验方法，本方法参与区块校验
的基站数目减少，确定校验结果所需的时间和能耗也大大缩减，能够提高区块校验效率、降低区块校验能耗，满足车联网场景中低能耗、低时延的要求，提高了用户体验。
64.图2是本发明实施例提供的另一种区块校验方法，如图2所示，上述领导基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易(步骤s 101)之前，还包括以下步骤：
65.步骤s201、中心节点获取各车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息，其中，投票信息是车辆终端为与自身对应的基站进行投票的投票信息。
66.其中，当前更新周期指的是当前进行区块校验的周期，包括投票时间段和校验时间段。需要说明的是，投票时间段时长短，在当前更新周期中占比小。
67.在一些实施例中，车辆终端对应的基站可以是当前与车辆终端距离最近的基站。需要说明的是，在该实施例中，基站获得的车辆终端的投票越多，说明该基站附近的车辆就越多，则该基站获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易的能耗可以因为通信距离的缩短而减小，以进一步满足车联网场景中低能耗、低时延的要求。
68.步骤s202、中心节点根据当前更新周期内的所有投票信息，获取全部基站的投票排名。
69.其中，基站获得的投票越多，投票排名越靠前。
70.步骤s203、中心节点选取当前更新周期的投票排名中的前n名基站作为当前更新周期的代表基站，n为不大于基站总数量的奇数。
71.其中，n的具体数值可以根据具体实施场景进行设定，例如，基站总数量为50，n的取值可以为27。
72.当前更新周期的代表基站构成代表委员会，用于负责当前更新周期内生成区块的过程以及验证区块的有效性的过程。
73.步骤s204、在当前更新周期内，中心节点每隔预设间隔时间段从当前更新周期的代表基站中，将其中一个代表基站确定为领导基站，并将其余代表基站确定为校验基站。
74.其中，当前更新周期的时长为预设间隔时间段对应的时长乘n与投票时间段对应的时长之和。由于投票时间段的时长短，在当前更新周期中占比小，因此，在实际应用场景中，投票时间段对应的时长可以忽略，预设间隔时间段对应的时长可以配置为n分之一的当前更新周期的时长。
75.在一个实施方式中，领导基站在预设间隔时间段内未成功创建区块，即该领导基站生成的区块未成功加入区块链中，则其他校验基站不再对该区块执行校验过程，该区块中包含的车辆终端之间的边缘缓存交易被转移到下一个领导基站生成的待校验区块中，以避免交易漏计。
76.步骤s205、在当前更新周期结束并进入下一更新周期时，中心节点将下一个更新周期作为当前更新周期，并执行获取各车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
77.图3是本发明实施例提供的又一种区块校验方法，在一个实施方式中，如图3所示，中心节点选取当前更新周期的投票排名中的前n名基站作为当前更新周期的代表基站(步骤s205)之后，还包括：
78.步骤s206、在当前更新周期内，在任意一个代表基站产生能力预警的情况下，中心节点执行获取各车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
79.其中，代表基站产生能力预警的情况包括：代表基站资源不足导致代表基站无法生成区块和/或无法校验区块的情况，或者，代表基站产生故障而导致代表基站无法生成区块和/或无法校验区块的情况。
80.在本实施方式中，中心节点执行获取各车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息，根据当前更新周期内的所有投票信息，获取全部基站的投票排名，并选取当前更新周期的投票排名中的前n名基站作为当前更新周期的代表基站的步骤中，若该产生能力预警的基站仍旧排前n名，则中心节点将该产生能力预警的基站从当前更新周期的代表基站中剔除，并补充第n 1名基站作为代表基站。
81.本发明实施例提供的区块校验方法，利用投票和选举机制以避免区块链受到中心节点攻击和恶意节点攻击。与传统应用于区块链的pow机制相比，本发明中区块校验过程中，参与区块校验的基站数目降低，确定校验结果所需的时间和能耗也大大缩减，能够满足车联网场景中低能耗、低时延的要求，提高了用户体验。
82.在一个实施方式中，如图4所示，上述步骤s102中各校验基站对待校验区块进行校验，包括以下步骤：
83.步骤s401、针对每个校验基站，该校验基站识别待校验区块中包含的边缘缓存交易的合法性，生成识别结果。
84.其中，识别结果包括校验通过的识别结果或者校验不通过的识别结果。
85.在一些实施例中，校验基站识别待校验区块中包含的边缘缓存交易的合法性，生成识别结果，具体包括：该校验基站若识别出待校验区块中包含的边缘缓存交易为合法交易，则生成校验通过的识别结果；该校验基站若识别出待校验区块中包含的边缘缓存交易为非合法交易，则生成校验不通过的识别结果。
86.在一些实施例中，校验基站生成识别结果之后，将该识别结果以分布式的方式向其他校验基站广播。其他校验基站同理。
87.在一些实施例中，在上述步骤s102中各校验基站对待校验区块进行校验之前，各校验基站首先校验所接收的区块广播消息的签名是否正确，在校验区块广播消息的签名正确的情况下，获取其中的待校验区域，并执行步骤s401。
88.步骤s402、该校验基站接收其他校验基站发送的识别结果，并基于其他校验基站发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果。
89.在一些实施例中，该校验基站接收其他校验基站发送的识别结果之后，验证其他校验基站发送的识别结果的签名是否正确。在全部其他校验基站发送的识别结果的签名正确的情况下，执行基于其他校验基站发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果的步骤。在存在其他校验基站发送的识别结果的签名不正确的情况下，向该签名不正确的识别结果对应的校验基站发送提醒信息，以供该签名不正确的识别结果对应的校验基站重新发送识别结果。
90.在一些实施例中，该校验基站基于其他校验基站发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果，具体包括：
91.步骤一、该校验基站判断所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量是否超过第二预设数量。
92.其中，第二预设数量可以根据实际需要进行设置，例如可以设置为校验基站的总
数量的一半。
93.步骤二、该校验基站在判断出所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量超过第二预设数量的情况下，根据校验通过的识别结果生成校验结果。
94.其中，该校验结果为校验通过。
95.步骤三、该校验基站在判断出所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量不超过第二预设数量的情况下，根据校验不通过的识别结果生成所述校验结果。
96.其中，该校验结果为校验不通过。
97.步骤s403、该校验基站将校验结果发送至领导基站。
98.在一个实施方式中，为了起到相互监督和相互校验的作用，校验基站将包含该校验结果的信息发送至领导基站，其中，包含该校验结果的信息的数据格式为：
99.con＝(con
msg
||pk
veri
||pk
lead
||aud
self
||aud
other
||rsu
comp
)；
100.其中，con为该包含该校验结果的信息，con
msg
为该包含该校验结果的信息的信息标识，pk
lead
为领导基站的公钥，用于标识该包含该校验结果的信息的目的地址；pk
veri
为校验基站的公钥，用于标识该包含该校验结果的信息的源地址；aud
self
为该校验基站自身生成的识别结果，aud
other
为该校验基站接收的其他校验基站发送的识别结果，rsu
comp
为该校验基站自身生成的校验结果。
101.在一个实施方式中，上述步骤s103，领导基站将待校验区块加入到区块链中，包括：领导基站将待校验区块进行存储，并将待校验区块发送给所有校验基站进行存储，以更新区块链。
102.在一个实施方式中，领导基站将待校验区块加入到区块链中之后，中心节点为参与该区块的生成和校验过程的领导基站以及校验基站发送奖励，以补偿领导基站和校验基站参与该区块的生成和校验过程所消耗的资源。
103.在一个实施方式中，领导基站将待校验区块加入到区块链中之后，还包括：其他基站定期从领导基站或校验基站处同步更新后的区块链，以保证自身存储的区块链为最新的区块链。
104.图5为本发明实施例提供的一种区块链系统。如图5所示，该区块链系统包括中心节点51、多个车辆终端52和多个基站53，多个基站53中包括预先确定的一个领导基站531、多个校验基站532以及多个其他基站533。
105.其中，领导基站531，用于获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于边缘缓存交易生成待校验区块；还用于将待校验区块广播至所述区块链网络中，以供各校验基站532对待校验区块进行校验；还用于获取全部校验基站532生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将待校验区块加入到区块链中。
106.校验基站532用于对待校验区块进行校验。具体地，针对每个校验基站532，该校验基站532用于识别待校验区块中包含的边缘缓存交易的合法性，生成识别结果；还用于接收其他校验基站532发送的识别结果，并基于其他校验基站532发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果；还用于将校验结果发送至领导基站531。
107.在一个实施方式中，校验基站532识别待校验区块中包含的边缘缓存交易的合法性，生成识别结果，包括：若识别出待校验区块中包含的边缘缓存交易为合法交易，则生成
校验通过的识别结果；若识别出待校验区块中包含的边缘缓存交易为非合法交易，则生成校验不通过的识别结果。
108.在一个实施方式中，校验基站532接收其他校验基站532发送的识别结果，并基于其他校验基站532发送的识别结果和自身生成的识别结果生成校验结果，包括：校验基站532用于判断所有校验基站532对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量是否超过第二预设数量；在判断出所有校验基站对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量超过第二预设数量的情况下，根据校验通过的识别结果生成所述校验结果；在判断出所有校验基站532对应的识别结果中校验通过的识别结果的数量不超过第二预设数量的情况下，根据校验不通过的识别结果生成校验结果。
109.中心节点51，用于获取各车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息，所述投票信息是所述车辆终端为与自身对应的基站进行投票的投票信息；还用于根据当前更新周期内的所有投票信息，获取全部基站的投票排名；还用于选取当前更新周期的投票排名中的前n名基站作为当前更新周期的代表基站，n为不大于基站总数量的奇数；在当前更新周期内，从当前更新周期的代表基站中，每隔预设间隔时间段将其中一个代表基站确定为所述领导基站，并将其余代表基站确定为所述校验基站；在当前更新周期结束并进入下一更新周期时，将下一个更新周期作为当前更新周期，并触发自身执行获取各所述车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
110.在一个实施方式中，中心节点51，还用于：在当前更新周期内，在任意一个代表基站产生能力预警的情况下，触发自身执行获取各车辆终端在当前更新周期内发送的投票信息的步骤。
111.在一个实施方式中，领导基站531将待校验区块加入到区块链中，具体包括：领导基站531将待校验区块进行存储，并将待校验区块发送给所有校验基站532进行存储，以更新区块链。
112.在一个实施方式中，其他基站533定期从领导基站531或校验基站532处同步更新后的区块链。
113.本实施例提供的区块链系统中各节点的工作方式与应用于区块链系统的区块校验方法中各步骤对应，因此，应用于区块链系统的各节点的详细工作方式可参见本实施例提供的应用于区块链系统的区块校验方法。
114.本发明实施例提供一种区块校验系统，该区块链系统包括中心节点、多个车辆终端和多个基站，多个基站中部分基站包括预先确定的一个领导基站和多个校验基站；其中，领导基站，用于获取所属区块链网络中的车辆终端之间的边缘缓存交易，并基于边缘缓存交易生成待校验区块；还用于将待校验区块广播至所述区块链网络中，以供各校验基站对待校验区块进行校验；还用于获取全部校验基站生成的校验结果，并在超过第一预设数量的校验结果均为校验通过的情况下，将待校验区块加入到区块链中。该区块校验系统中参与区块校验的基站数目减少，确定校验结果所需的时间和能耗也大大缩减，能够满足车联网场景中低能耗、低时延的要求，提高了用户体验。
115.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。