[發明專利]一種多域物聯網場景下的信任管理、博弈方法、系統

有效

• 申請號: 202110552992.9
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113452752B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 樊凱;白宇晗;杜凌偉;白黎陽;李暉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L67/10
• 分類號: H04L67/10;H04L67/1097;H04W4/38;H04W12/088;H04W12/122;H04W12/60;A63F13/71;A63F13/822
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種多域物聯網場景下的信任管理、博弈方法，其特征在于，所述多域物聯網場景下的信任管理、博弈方法包括：邊緣服務器礦工向所管轄區域內的傳感器節點詢問數據并得到數據響應結果；邊緣服務器礦工根據博弈對信息進行處理，篩選出正確的數據；邊緣服務器礦工打包數據成塊，通過信任管理機制得到發布區塊的權限；邊緣服務器礦工通過廣播驗證，將可信信息發布在區塊鏈中；管理者查詢區塊鏈得到邊緣服務器數據，并對惡意節點進行去除；

所述多域物聯網場景下的信任管理、博弈方法包括以下步驟：

步驟一，數據查詢與響應；

步驟二，基于博弈論的信息處理；

步驟三，基于博弈論的最優計算；

步驟四，基于信任管理的共識機制；

步驟五，基于區塊鏈的可信發布；

步驟六，數據和節點處理；

步驟一中，所述數據查詢與響應，包括：

(1)假設每個邊緣服務器礦工管理N個傳感器，并選擇k個傳感器來形成一組被選中的玩家Player：

Player＝(player₁,player₂,player₃...player_k)；

(2)每個玩家的信譽值都可以從區塊鏈中查詢出來，用k個玩家的信譽值來定義信譽值集合T：

T＝(t₁,t₂,t₃...t_k)；

(3)邊緣服務器礦工向k個玩家詢問數據信息，并收到來自他們的k個響應信息，所述信息是設定的策略Strategy：

Strategy＝(s₁,s₂,s₃...s_k)；

將信譽值t_i和策略s_i定義為0到1之間的小數(i∈1...k)；每個玩家的策略s_i將被其他k-1個玩家和存儲在區塊鏈上的先驗知識p_e評估；每個玩家player_i都有一個收益函數u_i(s₁,s₂,s₃...s_k)，反映上傳惡意數據的成本；

步驟二中，所述基于博弈論的信息處理，包括：

(1)邊緣服務器礦工計算任意k-1玩家的組合提供的策略平均值ave_i，使用該值與剩余一個玩家player_i提供的數據進行差異計算，獲得實時數據差異的成本Cost1_i：

Cost1_i＝(s_i-ave_i)²,i∈1...k；

(2)邊緣服務器礦工通過使用任何其他k-1玩家提供的策略s_i和貝葉斯推斷，計算每個player_i的先驗知識差異的成本Cost2_i：

邊緣服務器礦工計算Cost2_i如下：

Cost2_i＝(s_i-P_i(e|T))²,i∈1...k；

(3)得到每個玩家的收益函數u_i(s₁,s₂,s₃...s_k)：

u_i(s₁,s₂,s₃...s_k)＝Cost1_i+Cost2_i,i∈1...k；

步驟三中，所述基于博弈論的最優計算，包括：

(1)每個玩家試圖最小化效用函數，最小化函數的計算如下：

由于集合Strategy是有限的，比較的次數也是有限的，故可以得到最優解其中，最優性的一階和二階條件如下：

每個玩家的最佳響應計算如下：

(2)納什均衡是一個理想狀態，故是一個理想值，需指定一個波動的范圍；如果的值在這個范圍內，則認為該值是最優解；為了評估玩家的策略，找到他們的平均和變化范圍其中Δ為常數：

如果s_i介于和之間，邊緣服務器礦工認為策略s_i在有效范圍內是正確的；否則，邊緣服務器礦工將直接移除該傳感器；

步驟四中，所述基于信任管理的共識機制，包括：

(1)邊緣服務器礦工將直接計算剩余數據的平均值s_result，以獲得最終結果；如果s_result超過0.5，其余s_i≥0.5的傳感器將收到一個正響應+1，否則將收到負響應-1；在一段時間內，每個傳感器將為正響應和負響應累積兩個特定數量，將其定義為n1_playeri和n2_playeri，邊緣服務器礦工為具有上限Λ_max的所有傳感器獲得更改Λ：

(2)每個邊緣服務器礦工都有自己的變化總和Λ_i，代表成為區塊發布者的競爭中的賬戶余額，區塊鏈的智能合約通過PoS共識機制選出一個邊緣服務器礦工：

a←隨機選擇一個(0,1)范圍的數；

point←int(a*Q)；

boundary←Λ₁,i←1；

當point≥boundary且i≤n時

i←i+1且boundary←boundary+Λ_i；

根據PoS共識機制，具有更大變化總和Λ_i的邊緣服務器礦工被選為塊發布者的概率更大；計算最后i的值，即可確定第i個邊緣服務器礦工為區塊發布者；

步驟五中，所述基于區塊鏈的可信發布，包括：

(1)在區塊鏈上，每個傳感器的信譽值由正響應數N1_playeri和負響應數N2_playeri組成，邊緣服務器礦工計算信譽值如下：

當需要更新傳感器的信譽值時，邊緣服務器礦工只做簡單的加法操作，更新后的信譽值小于一定值t_low的傳感器將被隔離，等待管理者處理：

(2)先驗概率的計算是相似的，存儲在區塊鏈中的每個先驗概率值包括事件發生次數C1_e，事件未發生的次數C2_e，邊緣服務器礦工計算先驗概率如下：

當結果與以往的經驗不同時，需更新先驗概率，邊緣服務器礦工只需執行實時次數為c1和c2的簡單添加操作：

(3)通過PBFT共識機制驗證邊緣服務器礦工的計算結果，并確保所有邊緣服務器礦工保持相同的區塊鏈；

步驟(3)中，所述PBFT共識機制，包括：

1)邊緣服務器礦工想從傳感器獲取數據信息；

2)邊緣服務器中選定的傳感器將其策略發送給邊緣服務器礦工；

3)由PoS選擇的主要邊緣服務器礦工將向其他邊緣服務器礦工廣播帶有策略STRATEGY和帶有計算結果的新打包塊的預準備消息PRE-PREPARE；

4)其他邊緣服務器礦工在接收到來自主邊緣服務器礦工的預準備消息PRE-PREPARE之后廣播準備消息PREPARE；

5)當邊緣服務器礦工收到超過條消息時，開始驗證消息，其中n是邊緣服務器礦工的數量；當檢查結果與主邊緣服務器礦工發送的結果匹配時，邊緣服務器礦工將接受新塊并將其附加到區塊鏈的末端，邊緣服務器礦工將向其他邊緣服務器礦工發送驗證消息；

6)所有邊緣服務器礦工向傳感器和管理者發送更新響應信息；

步驟六中，所述數據和節點處理，具體包括：

管理者在區塊鏈中注冊時，傳感器的數據和先驗知識均是用管理者獲得的不同對稱密鑰加密的，管理者通過智能設備來獲取邊緣服務器的相關數據；管理者確認數據結果，并更換拆除或隔離的傳感器，確保環境的可持續性。

2.一種應用如權利要求1所述多域物聯網場景下的信任管理、博弈方法的多域物聯網場景下的信任管理、博弈系統，其特征在于，所述多域物聯網場景下的信任管理、博弈系統包括：

數據詢問響應模塊，用于通過邊緣服務器礦工向管轄區域內傳感器節點詢問數據并得到數據響應結果；

信息處理模塊，用于通過邊緣服務器礦工根據博弈對信息進行處理，篩選出正確的數據；

權限獲取模塊，用于通過邊緣服務器礦工打包數據成塊，通過信任管理機制得到發布區塊的權限；

信息發布模塊，用于邊緣服務器礦工通過廣播驗證，將可信信息發布在區塊鏈中；

數據節點處理模塊，用于通過管理者查詢區塊鏈得到邊緣服務器數據，并對惡意節點進行去除。