[发明专利]一种基于区块链的车联网数据交换模型

摘要

本发明提供了一种基于区块链的车联网数据交换模型，模型基于联盟链(Consortium Blockchain)加中继链(Relay‑Chain)，模型中的节点包括路边基础设施单元(RodeSide Unit,RSU)以及车辆单元(Onboard Unit)，模型中各个节点都参与进来。通过设计节点之间的属性访问策略匹配，减少不必要的区块生成，降低区块链开销。将联盟链与跨链技术结合，实现不同联盟之间的消息传递。而且该模型实现过程规范、易操作。

主权项

1.一种基于区块链的车联网数据交换模型，包括以下步骤：步骤1：模型采用联盟链架构，在车联网中存在多个联盟，每个联网中的节点之间进行信息传递；所述联盟链指的是共识过程中可以收到预选节点控制的区块链，在该模型中，通常选取联盟中处于区域中心的某些RSU节点作为记账节点，参与共识过程；所述节点之间信息传递指的是一个车辆节点OBU发送一则消息，通过广播的形式传递，当其他车辆节点接收并验证成功后，通过共识算法共识生成记录区块，记入区块链网络中；步骤2：用户在所处联盟区域中行驶时，提交一定的积分，发送一条实时消息，经过广播，等待其他车辆节点OBU响应并且验证成功；所述积分指的是发送消息的车辆节点需要提交一定的积分，只有当其他车辆节点获取该条消息并且匹配成功之后生成响应区块，随之提交给记账节点通过共识之后返回积分给发送消息的车辆节点。所述信息发送节点OBU₁发送实时消息是指OBU₁他向该联盟区域广播一条信息，它需要付出一定积分，之后该条信息被广播，等待其他车辆节点获取信息尝试匹配；步骤3：其他车辆节点OBU_X收到广播的消息，首先尝试进行访问策略匹配，匹配成功的用户才可以接收此条消息，之后接收消息的车辆节点OBU_X需要提交一定的积分作为押金，之后将此条记录发送给记账节点，等待记账节点按照共识算法共识完成，加入区块链网络中；所述访问策略匹配指的是准备接收消息的车辆节点OBU_X需要通过自己的属性去匹配发送消息的车辆节点OBU₁制定的访问策略树。例如：OBU₁制定访问策略树{AND{“Parking”,OR{“Fee”,“next to the mall”,“Remaining space>3”}}}，另一个车辆节点OBU₂的属性是{“Parking”,“Free”,“Remaining space＝5”}；所述接收消息的车辆节点OBU_X提交积分作为押金指的是防止其他车辆节点虚假响应。例如：有的车辆节点没有匹配成功也会发送此条消息记录，随意去匹配消息。所述记账节点通过共识算法验证此条记录指的是当消息匹配成功，接收消息的车辆节点OBU_X可获取该条消息内容，之后将此条记录发送给记账节点等待共识。如果通过共识算法验证成功，则该条记录可加入联盟区块网络中；所述共识算法指的是联盟链中常采用的防拜占庭容错的共识算法PBFT，PBFT是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示，使用0到|R|‑1的整数表示每一个副本。通常假设故障节点数为m个，整个服务节点数为|R|＝3m+1个，这里m是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3m+1个副本，但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。所述PBFT算法步骤如下：步骤A：从联盟所有节点选举出一个主节点(Leader)，新区块由主节点负责生成；步骤B：Pre‑Prepare阶段：每个节点把客户端发来的交易向联盟中其他节点广播，主节点Node₁将从网络收集到需放在新区块内的多个交易排序后存入列表，并将该列表向联盟广播，扩散至其他节点Node₂、Node₃、Node₄等；步骤C：Prepare阶段：每个节点接收到交易列表后，根据排序模拟执行这些交易。所有交易执行完后，基于交易结果计算新区块的哈希摘要，并向全网广播，Node₂‑>Node₁ Node₃ Node₄，Node₃‑>Node₁ Node₂ Node₄，Node₄因为宕机无法广播(联盟中可能会出现这样的节点)；步骤D：Commit阶段：如果一个节点收到的2m(m为可容忍的拜占庭节点数)个其它节点发来的摘要都和自己相等，就向全网广播一条commit消息；步骤E：Reply阶段：如果一个节点收到2m+1条commit消息，即可提交新生成的响应区块及其交易(发送的消息)到本地的区块链和状态数据库；步骤4：每个联盟链中的消息进行共享，传递给其他联盟中需要知道此条消息的车辆节点，通过Tendermint团队开发的Cosmos跨链技术实现；所述消息共享传递指的是每个联盟中通过记账节点共识验证成功的区块在联盟之间相互传递，共享给其他需要获得此类消息的车辆节点，例如：高速路区域联盟的车辆节点希望获得有关商圈中停车以及美食的消息；所述的Cosmos跨链技术指的是Tendermint团队开发的技术。Cosmos是由许多被称之为“分区”的独立区块链组成的网络。Cosmos的第一个分区称之为Cosmos枢纽。Cosmos枢纽是一种多资产权益证明加密货币网络，它通过简单的治理机制能够对网络进行适配和升级。此外，Cosmos枢纽可以通过链接其他分区来实现扩展。Cosmos网络的枢纽及各个分区可以通过区块链间通信(IBC)协议进行通信，这种协议就是针对区块链的虚拟用户数据报协议(UDP)或者传输控制协议(TCP)。代币可以安全、快速地从一个分区转到其他分区，而无需在两个分区之间拥具有汇兑流动性。相反，所有跨分区的代币转移都会通过Cosmos枢纽，以此来追踪记录每个分区持有代币的总量。这个枢纽会将每个分区与其他故障分区隔离开。因为每个人都可以将新的分区连接到Cosmos枢纽，所以分区将可以向后兼容新的区块链技术。利用Cosmos可以实现区块链间的互操作，其中，cosmos枢纽与分区之间采用跨链通信IBC。步骤5：每个联盟中的节点之间通过以上步骤进行消息传递，进而通过cosmos跨链技术实现全网的信息传递。