基于区块链的车联网信任管理方法与流程

1.本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于区块链的车联网信任管理方法。


背景技术：

2.车联网为智能车辆提供了交互平台，可以跟周围车辆分享交通安全相关的信息，例如道路状况、刹车预警等。这些信息可以帮助车辆及时地获知交通环境，从而提升交通的安全和效率。然而，由于车联网节点的高度移动性，车辆在行驶过程中通常会遇到很多陌生车辆，使得其接收到消息的可信度存疑。尤其是在网络中出现恶意节点，通过故意广播虚假消息的方式扰乱网络的正常运行时。例如，一个攻击者可能会向后面的车辆广播消息，声称前方道路是通畅的，即使前方出现了交通事故或交通拥堵等现象。此类恶意行为在很大程度上威胁到交通的安全和效率。因此，如何有效地评估车联网中车辆广播消息的可信度成为一个亟待解决的安全问题。
3.信任管理机制可以帮助车辆判断收到消息的可信与否，并且帮助车联网的管理者获知每辆车的信誉情况，从而对特定的车辆采取奖励或者惩罚措施。信任管理机制通常会为根据车辆的历史行为为其设定一个信任值，用于综合地评价该车所广播消息的可信程度。信任值越高，代表该车发布消息的可信度越高。信任值的产生通常需要消息的接收者根据综合其他信息、直接观察等方法，对该消息的可信度进行后验评分，而把关于某一辆车的所有评分使用特定方法累积起来，就形成了这辆车的信任值。相比于传统无线网络，例如蜂窝网络等，车联网对于信任管理的需求更为强烈，要求也更为严格。首先，传统无线网络中传输的数据大多为信息娱乐类的业务，即使存在虚假消息也不会对用户的人身安全造成严重影响。而车联网中最重要的功能是交通安全类消息的传输，此类消息的真实与否直接关系到车辆的驾驶决策以及乘客的生命安全，亟需信任管理机制来应对虚假的消息。其次，车联网交通安全类业务可以容忍的时延远低于传统无线网络中的业务，从而对信任管理机制的性能提出了更高的要求。因此，车联网中的信任管理机制在必要性和性能需求方面都明显高于传统无线网络，需要进行深入的研究。
4.因此，亟需一种基于区块链的车联网信任管理方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于区块链的车联网信任管理方法，以解决上述现有技术中的问题，能够有效地同时解决中心化信任管理机制和分布式信任管理机制的痛点，为每辆车建立安全、可靠、防篡改的信任数据库。
6.本发明提供了一种基于区块链的车联网信任管理方法，其中，包括：
7.通过基站计算车联网中每个车辆的信任值变化量；
8.将基站连成一个分布式的区块链网络，将所述信任值变化量形成一个新区块，并将所述新区块添加到区块链中；
9.根据存储在所述区块链中的某一辆车的所有的信任值变化量，得到该辆车的综合
信任值。
10.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，所述通过基站计算车联网中每个车辆的信任值变化量，具体包括：
11.各车辆根据接收到的关于某个事件的所有消息进行综合分析，判断消息中描述的事件是否发生，并生成每个消息所对应的评分数据；
12.各车辆定期将所述评分数据上传到附近的基站中进行存储和管理；
13.基于各车辆所上传的所述评分数据，基站为每个涉及到的车辆计算信任值变化量。
14.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，所述各车辆根据接收到的关于某个事件的所有消息进行综合分析，判断消息中描述的事件是否发生，并生成每个消息所对应的评分数据，具体包括：
15.各车辆采用贝叶斯推理模型，对接收到的关于某个事件的所有消息的可靠性进行综合判断，并作出评分。
16.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，所述每个消息所对应的评分数据包括：正面评分和负面评分，其中，所述正面评分表示可信的消息，所述负面评分表示不可信的消息。
17.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，某一辆车收到的正面评分占比越高，则该辆车的信任值变化量的数值就越大。
18.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，所述将基站连成一个分布式的区块链网络，将所述信任值变化量形成一个新区块，并将所述新区块添加到区块链中，具体包括：
19.基站将所述信任值变化量连同时间戳和/或校验信息打包形成一个新区块，并通过分布式共识算法将所述新区块添加到区块链中。
20.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，每一次添加新区块的节点作为矿工节点，所述矿工节点的选择方法包括：
21.在一段时间内收到评分较多的基站获得较高的优先级来向区块链中添加数据。
22.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，所述矿工节点的选择方法具体包括：
23.计算每个基站的新区块中所包含的所有信任变化量的绝对值之和，数值越大的基站成为矿工节点的可能性越大。
24.如上所述的基于区块链的车联网信任管理方法，其中，优选的是，所述根据存储在所述区块链中的某一辆车的所有的信任值变化量，得到该辆车的综合信任值，具体包括：
25.将区块链中保存的针对某一辆车的所有的信任值变化量使用预设方法进行累积，以得到该辆车的综合信任值。
26.本发明提供一种基于区块链的车联网信任管理方法，将基站连成一个分布式的区块链网络，能够有效地同时解决中心化信任管理机制和分布式信任管理机制的痛点，既能有效解决中心化信任管理机制中存在的时延高、扩展性差、单点故障等问题，又能保证数据存储的安全性与一致性，即使有一小部分基站出现了存储错误或被攻击者所控制，也无法影响整个网络的共识结果；而且利用基站所保存的信任数据，车辆可以高效地获知消息发
送者的信任值，进而评估收到消息的可信程度；本发明提供的基于区块链的分布式车联网信任管理机制，将区块链技术应用在车联网信任管理中，从而为每辆车建立安全、可靠、防篡改的信任数据库，可有效地评估车联网中车辆广播消息的可信度，进而提高交通的安全和效率。
附图说明
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
28.图1为本发明提供的基于区块链的车联网信任管理方法的实施例的流程图；
29.图2为本发明提供的基于区块链的车联网信任管理方法的实施例的示意图。
具体实施方式
30.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
31.本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
32.在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
33.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
34.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
35.车联网中的信任管理机制在必要性和性能需求方面都明显高于传统无线网络，需要进行深入的研究。现有的信任管理方法可以大致分为两类，即中心式和分布式。其中，在中心式信任管理机制中，所有的评分都在一个中心服务器中被存储和处理，当有车辆想要获知其他车的信任值时，需要先向中心服务器发出请求。这种机制的缺点在于，由于车辆的高速移动性，在收到消息后需要在很短的时间内做出反应和决策，而中心服务器一般位于云端，距离车辆终端比较远，很有可能无法满足车联网对于时延的要求。此外，中心式信任管理模式也存在单点故障等问题，制约着其可靠性与扩展性。在分布式信任管理机制中，信
任数据存储和管理的任务通常由车辆自身或者基站来承担。这种机制的缺点在于，由于车辆自身感知能力以及观测条件的限制，其独自维护的信任数据库可能不完全可靠。有鉴于此，利用基站、路边单元等网络的边缘节点来进行信任数据的维护的方案被提出。然而，虽然边缘节点相比于中心节点来说可以获得更低的时延，但是由于其分布在室外，安全防护措施不如中心节点那样严格，有时无法得到网络管理员的及时维护，导致其安全性和可靠性有所欠缺。如何建立高效、安全、可靠的车联网信任管理机制仍然是一个需要解决的问题。
36.为了解决上述不足，本发明提供了一种基于区块链的车联网信任管理方法。区块链技术的不断发展给分布式数据存储和管理带来了新的思路，可以成为解决上述问题的有效方法。区块链的基本思想是去中心化，即将数据的存储和维护等功能分散到网络的多个节点中，并通过分布式共识的方法保证各节点保存数据的一致性，从而在没有第三方机构参与的情况下完成节点和节点之间的数据交互。区块链中保存的数据具有高度的安全性与不可篡改性，因为攻击者只有控制网络中的多数节点才能影响全网的共识结果。将区块链技术应用在车联网信任管理领域，可以充分发挥其优势。通过将基站连成一个分布式的区块链网络，既能有效解决中心化信任管理机制中存在的时延高、扩展性差、单点故障等问题，又能保证数据存储的安全性与一致性，即使有一小部分基站出现了存储错误或被攻击者所控制，也无法影响整个网络的共识结果。利用基站所保存的信任数据，车辆可以高效地获知消息发送者的信任值，进而评估收到消息的可信程度。目前，区块链技术已在分布式数据管理领域得到应用，然而，现有研究不能完全适应车联信网任管理的具体需求，例如对响应时延和数据更新速度的要求较高、基站计算能力有限等。因此，本发明的主要目标是设计面向车联网的区块链信任管理机制，并利用仿真验证其可行性。
37.如图1和图2所示，本实施例提供的基于区块链的车联网信任管理方法在实际执行过程中，具体包括如下步骤：
38.步骤s1、通过基站计算车联网中每个车辆的信任值变化量。
39.在本发明的基于区块链的车联网信任管理方法的一种实施方式中，所述步骤s1具体可以包括：
40.步骤s11、各车辆根据接收到的关于某个事件的所有消息进行综合分析，判断消息中描述的事件是否发生，并生成每个消息所对应的评分数据。
41.具体地，各车辆采用贝叶斯推理模型，对接收到的关于某个事件的所有消息的可靠性进行综合判断，并作出评分。
42.其中，所述每个消息所对应的评分数据包括：正面评分(例如为 1)和负面评分(例如为-1)，其中，所述正面评分表示可信的消息，所述负面评分表示不可信的消息。
43.步骤s12、各车辆定期将所述评分数据上传到附近的基站中进行存储和管理。
44.车辆将一段时间(例如为一天、一周等)内产生的评分上传给周围的基站，由基站承担车联网信任数据的存储与管理工作。
45.步骤s13、基于各车辆所上传的所述评分数据，基站为每个涉及到的车辆计算信任值变化量。
46.在本发明中，信任值变化量介于-1和 1之间，某一辆车收到的正面评分占比越高，则该辆车的信任值变化量的数值就越大。
47.步骤s2、将基站连成一个分布式的区块链网络，将所述信任值变化量形成一个新区块，并将所述新区块添加到区块链中。
48.本发明通过引入区块链技术，可以确保各基站所存储数据的安全性。具体地，基站将所述信任值变化量连同时间戳和/或校验信息打包形成一个新区块，并通过分布式共识算法将所述新区块添加到区块链中。
49.其中，每一次添加新区块的节点作为矿工节点(miner)，矿工节点的选择方法是区块链系统中的重要环节。在本发明中，所述矿工节点的选择方法包括：
50.在一段时间内收到评分较多的基站获得较高的优先级来向区块链中添加数据。本发明对传统的区块链共识机制进行了改进，使之能够适应车联网的实际条件与需求，从而保证了信任数据的快速更新，提升了运行的效率。
51.本发明在一种实施方式中，所述矿工节点的选择方法包括：计算每个基站的新区块中所包含的所有信任变化量的绝对值之和，数值越大的基站成为矿工节点的可能性越大。这样可以使得对于车辆信任值影响越大的区块就会越快地被添加到区块链上，从而提高了数据更新的效率，使得信任数据的更新更为高效。
52.步骤s3、根据存储在所述区块链中的某一辆车的所有的信任值变化量，得到该辆车的综合信任值。
53.具体地，将区块链中保存的针对某一辆车的所有的信任值变化量使用预设方法进行累积，以得到该辆车的综合信任值。
54.因此，在本发明中，车辆可以向基站查询消息发送者的信任值并综合评估收到消息的可信程度。信任值由基站根据消息接收者对消息给出的评分计算得出，然后利用区块链技术保证信任数据在分布式网络中存储的安全性与一致性。
55.本发明实施例提供的基于区块链的车联网信任管理方法，将基站连成一个分布式的区块链网络，能够有效地同时解决中心化信任管理机制和分布式信任管理机制的痛点，既能有效解决中心化信任管理机制中存在的时延高、扩展性差、单点故障等问题，又能保证数据存储的安全性与一致性，即使有一小部分基站出现了存储错误或被攻击者所控制，也无法影响整个网络的共识结果；而且利用基站所保存的信任数据，车辆可以高效地获知消息发送者的信任值，进而评估收到消息的可信程度；本发明提供的基于区块链的分布式车联网信任管理机制，将区块链技术应用在车联网信任管理中，从而为每辆车建立安全、可靠、防篡改的信任数据库，可有效地评估车联网中车辆广播消息的可信度，进而提高交通的安全和效率。
56.至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
57.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。