[發(fā)明專利]一種基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模型

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910166226.1
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109922149A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國軍;王啟帆;周雷;齊芳;雷向東
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模型，包括以下步驟：

步驟1：模型采用聯(lián)盟鏈架構(gòu)，在車聯(lián)網(wǎng)中存在多個(gè)聯(lián)盟，每個(gè)聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息傳遞；

所述聯(lián)盟鏈指的是共識過程中可以收到預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈，在該模型中，通常選取聯(lián)盟中處于區(qū)域中心的某些RSU節(jié)點(diǎn)作為記賬節(jié)點(diǎn)，參與共識過程；

所述節(jié)點(diǎn)之間信息傳遞指的是一個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)OBU發(fā)送一則消息，通過廣播的形式傳遞，當(dāng)其他車輛節(jié)點(diǎn)接收并驗(yàn)證成功后，通過共識算法共識生成記錄區(qū)塊，記入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中；

步驟2：用戶在所處聯(lián)盟區(qū)域中行駛時(shí)，提交一定的積分，發(fā)送一條實(shí)時(shí)消息，經(jīng)過廣播，等待其他車輛節(jié)點(diǎn)OBU響應(yīng)并且驗(yàn)證成功；

所述積分指的是發(fā)送消息的車輛節(jié)點(diǎn)需要提交一定的積分，只有當(dāng)其他車輛節(jié)點(diǎn)獲取該條消息并且匹配成功之后生成響應(yīng)區(qū)塊，隨之提交給記賬節(jié)點(diǎn)通過共識之后返回積分給發(fā)送消息的車輛節(jié)點(diǎn)。

所述信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)OBU₁發(fā)送實(shí)時(shí)消息是指OBU₁他向該聯(lián)盟區(qū)域廣播一條信息，它需要付出一定積分，之后該條信息被廣播，等待其他車輛節(jié)點(diǎn)獲取信息嘗試匹配；

步驟3：其他車輛節(jié)點(diǎn)OBU_X收到廣播的消息，首先嘗試進(jìn)行訪問策略匹配，匹配成功的用戶才可以接收此條消息，之后接收消息的車輛節(jié)點(diǎn)OBU_X需要提交一定的積分作為押金，之后將此條記錄發(fā)送給記賬節(jié)點(diǎn)，等待記賬節(jié)點(diǎn)按照共識算法共識完成，加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中；

所述訪問策略匹配指的是準(zhǔn)備接收消息的車輛節(jié)點(diǎn)OBU_X需要通過自己的屬性去匹配發(fā)送消息的車輛節(jié)點(diǎn)OBU₁制定的訪問策略樹。例如：OBU₁制定訪問策略樹{AND{“Parking”,OR{“Fee”,“next to the mall”,“Remaining space>3”}}}，另一個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)OBU₂的屬性是{“Parking”,“Free”,“Remaining space＝5”}；

所述接收消息的車輛節(jié)點(diǎn)OBU_X提交積分作為押金指的是防止其他車輛節(jié)點(diǎn)虛假響應(yīng)。例如：有的車輛節(jié)點(diǎn)沒有匹配成功也會發(fā)送此條消息記錄，隨意去匹配消息。

所述記賬節(jié)點(diǎn)通過共識算法驗(yàn)證此條記錄指的是當(dāng)消息匹配成功，接收消息的車輛節(jié)點(diǎn)OBU_X可獲取該條消息內(nèi)容，之后將此條記錄發(fā)送給記賬節(jié)點(diǎn)等待共識。如果通過共識算法驗(yàn)證成功，則該條記錄可加入聯(lián)盟區(qū)塊網(wǎng)絡(luò)中；

所述共識算法指的是聯(lián)盟鏈中常采用的防拜占庭容錯(cuò)的共識算法PBFT，PBFT是一種狀態(tài)機(jī)副本復(fù)制算法，即服務(wù)作為狀態(tài)機(jī)進(jìn)行建模，狀態(tài)機(jī)在分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行副本復(fù)制。每個(gè)狀態(tài)機(jī)的副本都保存了服務(wù)的狀態(tài)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的操作。將所有的副本組成的集合使用大寫字母R表示，使用0到|R|-1的整數(shù)表示每一個(gè)副本。通常假設(shè)故障節(jié)點(diǎn)數(shù)為m個(gè)，整個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)為|R|＝3m+1個(gè)，這里m是有可能失效的副本的最大個(gè)數(shù)。盡管可以存在多于3m+1個(gè)副本，但是額外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。

所述PBFT算法步驟如下：

步驟A：從聯(lián)盟所有節(jié)點(diǎn)選舉出一個(gè)主節(jié)點(diǎn)(Leader)，新區(qū)塊由主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)生成；

步驟B：Pre-Prepare階段：每個(gè)節(jié)點(diǎn)把客戶端發(fā)來的交易向聯(lián)盟中其他節(jié)點(diǎn)廣播，主節(jié)點(diǎn)Node₁將從網(wǎng)絡(luò)收集到需放在新區(qū)塊內(nèi)的多個(gè)交易排序后存入列表，并將該列表向聯(lián)盟廣播，擴(kuò)散至其他節(jié)點(diǎn)Node₂、Node₃、Node₄等；

步驟C：Prepare階段：每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到交易列表后，根據(jù)排序模擬執(zhí)行這些交易。所有交易執(zhí)行完后，基于交易結(jié)果計(jì)算新區(qū)塊的哈希摘要，并向全網(wǎng)廣播，Node₂->Node₁ Node₃Node₄，Node₃->Node₁ Node₂ Node₄，Node₄因?yàn)殄礄C(jī)無法廣播(聯(lián)盟中可能會出現(xiàn)這樣的節(jié)點(diǎn))；

步驟D：Commit階段：如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到的2m(m為可容忍的拜占庭節(jié)點(diǎn)數(shù))個(gè)其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來的摘要都和自己相等，就向全網(wǎng)廣播一條commit消息；

步驟E：Reply階段：如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到2m+1條commit消息，即可提交新生成的響應(yīng)區(qū)塊及其交易(發(fā)送的消息)到本地的區(qū)塊鏈和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫；

步驟4：每個(gè)聯(lián)盟鏈中的消息進(jìn)行共享，傳遞給其他聯(lián)盟中需要知道此條消息的車輛節(jié)點(diǎn)，通過Tendermint團(tuán)隊(duì)開發(fā)的Cosmos跨鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)；

所述消息共享傳遞指的是每個(gè)聯(lián)盟中通過記賬節(jié)點(diǎn)共識驗(yàn)證成功的區(qū)塊在聯(lián)盟之間相互傳遞，共享給其他需要獲得此類消息的車輛節(jié)點(diǎn)，例如：高速路區(qū)域聯(lián)盟的車輛節(jié)點(diǎn)希望獲得有關(guān)商圈中停車以及美食的消息；

所述的Cosmos跨鏈技術(shù)指的是Tendermint團(tuán)隊(duì)開發(fā)的技術(shù)。Cosmos是由許多被稱之為“分區(qū)”的獨(dú)立區(qū)塊鏈組成的網(wǎng)絡(luò)。Cosmos的第一個(gè)分區(qū)稱之為Cosmos樞紐。Cosmos樞紐是一種多資產(chǎn)權(quán)益證明加密貨幣網(wǎng)絡(luò)，它通過簡單的治理機(jī)制能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適配和升級。此外，Cosmos樞紐可以通過鏈接其他分區(qū)來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。

Cosmos網(wǎng)絡(luò)的樞紐及各個(gè)分區(qū)可以通過區(qū)塊鏈間通信(IBC)協(xié)議進(jìn)行通信，這種協(xié)議就是針對區(qū)塊鏈的虛擬用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)或者傳輸控制協(xié)議(TCP)。代幣可以安全、快速地從一個(gè)分區(qū)轉(zhuǎn)到其他分區(qū)，而無需在兩個(gè)分區(qū)之間擁具有匯兌流動性。相反，所有跨分區(qū)的代幣轉(zhuǎn)移都會通過Cosmos樞紐，以此來追蹤記錄每個(gè)分區(qū)持有代幣的總量。這個(gè)樞紐會將每個(gè)分區(qū)與其他故障分區(qū)隔離開。因?yàn)槊總€(gè)人都可以將新的分區(qū)連接到Cosmos樞紐，所以分區(qū)將可以向后兼容新的區(qū)塊鏈技術(shù)。利用Cosmos可以實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈間的互操作，其中，cosmos樞紐與分區(qū)之間采用跨鏈通信IBC。

步驟5：每個(gè)聯(lián)盟中的節(jié)點(diǎn)之間通過以上步驟進(jìn)行消息傳遞，進(jìn)而通過cosmos跨鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的信息傳遞。