CN111372220B - 一种应用于车联网的区块链共识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于车联网的区块链共识方法，针对现有区块链POS共识机制的缺点，采用记账节点的选择方法，将所有车载节点在可信机构单元上进行注册并给定每个车载节点相同的初始信誉值，根据参与记账节点选取的车辆节点的次数确定其活跃度，以及参与记账节点选取的车辆节点报名积极度确认其权益值，完成记账节点的确认，同时记账节点选取确定之后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值按比例返还其本身，同时给予当选记账节点的车辆节点奖励，能够有效提高车辆节点作为记账节点的选取积极性，能够很好的适应和应用于车联网环境中，解决了原有POS机制的中心化问题，同时通过对节点信誉值的更新来鼓励节点更多积极的行为。
Description
技术领域
本发明涉及车联网安全和区块链技术领域，具体为一种应用于车联网的区块链共识方法。
背景技术
区块链技术具有不可篡改，不可删除，公开透明等特性，作为一种共享的分布式账本，在去中心化的车联网中，区块链能够促进交易处理和交互设备之间的协作，可以建立能够不断扩展的通用、保证隐私、安全和可靠的车联网。将区块链技术应用到车联网中去，车辆之间的通信将更加可靠，共识机制是区块链技术的基础和核心，区块链作为分布式网络的一种应用，如何在分布式网络中达成共识，选择出可信的记账节点，是区块链主要关心的问题之一。在区块链的众多共识机制中，占据主流地位的两大经典共识机制是POW(Proofof Work)和POS(Proof of Stake)。
POW是工作量证明机制，基本思想是算力决定出块权，矿工节点需要解决一道特定的数学难题，凭借工作量的大小，来争取记账的权利；但是一般节点计算数学难题需要花费大量的时间，因此POW存在严重的资源浪费、效率低下以及算力分配不均的问题。POS作为升级版的POW，是权益证明机制，基本思想是权益决定出块权，就是说节点持有的代币越多，就有越大的可能性获得记账权；由于仅凭权益值决定记账权会使得本就拥有高权益值的节点获得更多记账机会，从而引起中心化和机会分配不均的问题，而在车联网应用中POS机制存在的主要问题是节点持有的代币数量变化频率较高会使得该机制的使用在网络中无法很好的适应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于车联网的区块链共识方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种应用于车联网的区块链共识方法，包括以下步骤：
步骤1)、将所有车载节点在可信机构单元上进行注册并给定每个车载节点相同的初始信誉值；
步骤2)、产生新交易时，可信机构单元发起一轮新的记账节点选取；
步骤3)、需要参与记账节点选取的车辆节点报名参加记账节点选取，同时可信机构单元扣除参加记账节点选取的车辆节点的部分信誉值；
步骤4)、记账节点选取报名结束后，可信机构单元统计报名参加记账节点选取的车辆节点的当前信誉值，将当前信誉值低于设定阈值的车辆节点剔除记账节点的选举队列；
步骤5)、根据车辆节点的当前信誉值获取参选车辆节点的权益值；
Stake表示节点的权益值，Ris表示报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值；a表示收益增长率，a为定值；
步骤6)、选取所有参选车辆节点中权益值最大的车辆节点当选为本轮的记账节点，即可完成记账节点的确认,记账节点选取确定之后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值按比例返还其本身，同时给予当选记账节点的车辆节点奖励。
进一步的，可信机构单元通过路侧单元与车辆节点进行通信，可信机构单元用于密钥管理、分配、认证和撤销；车载节点上的OBU设备通过路侧单元在可信机构单元上进行身份唯一的信息注册。
进一步的，具体扣除参加记账节点选取的车辆节点的信誉值为Rik：
Ri为车辆节点i报名参加记账节点选取时的信誉值，ki为车辆节点i含本次报名参加记账节点选取的总次数，ki＝1,2,3，...n；报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值为：Ris＝Ri-Rik。
进一步的，所有车辆节点的初始信誉值相同，车辆节点的初始信誉值为0.5。
进一步的，步骤4)中设定阈值为0.3。
进一步的，若在m轮记账节点选取之后车辆节点的信誉值一直保持不变，则将信誉值一直保持不变的车辆节点的参选总次数k清零，直到该车辆节点的信誉值有所变化时，重新累计其参选总次数。
进一步的，选取结束后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值的80％返还其本身，确认记账节点后的车辆节点i的信誉值Riq为：Riq＝Ris+0.8Rik。
进一步的，给予当选记账节点的车辆节点奖励Rj，作为当选记账节点的车辆的收益，记账节点当前最新的信誉值为R＝Riq+Rj。
进一步的，本次当选记账节点的车辆节点的参选总次数k清零，从本轮之后该车辆节点的k值重新开始计数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种应用于车联网的区块链共识方法，针对现有区块链POS共识机制的缺点，采用记账节点的选择方法，将所有车载节点在可信机构单元上进行注册并给定每个车载节点相同的初始信誉值，根据参与记账节点选取的车辆节点的次数确定其活跃度，以及参与记账节点选取的车辆节点报名积极度确认其权益值，完成记账节点的确认，同时记账节点选取确定之后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值按比例返还其本身，同时给予当选记账节点的车辆节点奖励，能够很好的适应和应用于车联网环境中，解决了原有POS机制的中心化问题，同时通过对节点信誉值的更新来鼓励节点更多积极的行为。同时采用奖励机制作为活跃度高的车辆节点的激励，能够有效提高车辆节点作为记账节点的选取积极性。
进一步的，本次当选记账节点的车辆节点的参选总次数k清零，从本轮之后该车辆节点的k值重新开始计数，能够防止车辆节点选取的中心化问题，使车辆在保持高信誉值的同时重新加入记账节点的选取，从而有利于多个参与选取记账节点活跃度高的车辆有被选中的机会。
附图说明
图1为本发明方法***框图。
图2为车联网区块链***架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种应用于车联网的区块链共识方法，包括以下步骤：
步骤1)、建立信息互联的路侧单元(RSU)和可信机构单元TA(TrustedAuthority)，TA用于密钥管理、分配、认证和撤销；车载节点上的OBU设备与路侧单元进行数据传输；车载节点上的OBU设备通过路侧单元在可信机构单元上进行身份唯一的信息注册，即采用车辆真实信息进行注册，以保证对恶意行为车辆节点的可追溯性；如图1所示，任意车辆节点Vj将源节点Vi发送的消息和Vi的身份打包成请求认证数据包向RSU发送，RSU接收该数据包之后与Vj进行身份相互验证，若身份相互验证通过，RSU将接收的Vj发来的数据包转发给TA，TA通过共识机制对数据包进行审核来判断其中内容的合法性。
步骤2)、将所有车载节点在可信机构单元上进行注册并给定每个车载节点相同的初始信誉值；
步骤3)、产生新交易时，可信机构单元发起一轮新的记账节点选取；
步骤4)、需要参与记账节点选取的车辆节点报名参加记账节点选取，同时扣除参加记账节点选取的车辆节点的部分信誉值；
具体扣除参加记账节点选取的车辆节点的信誉值为Rik：
Ri为车辆节点i报名参加记账节点选取时的信誉值，ki为车辆节点i含本次报名参加记账节点选取的总次数，ki＝1,2,3，...n；
所有车辆节点的初始信誉值相同，车辆节点的初始信誉值为0.5；
报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值为：
Ris＝Ri-Rik
步骤5)、记账节点选取报名结束后，TA统计报名参加记账节点选取的车辆节点的当前信誉值，将当前信誉值低于设定阈值的车辆节点剔除记账节点的选举队列；本申请设定阈值t为0.3，为了保证刚入网的节点也能有获得记账权利的机会，剔除信誉值极低的节点，对其他参选节点做到公平选举；
步骤6)、获取参选车辆节点的权益值；
Stake表示节点的权益值，Ris表示报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值，a表示收益增长率，a为定值；
本申请中，可设定记账节点选取时长间隔，具体间隔设置时间为10min；随着车辆节点参与的网络行为不同，其信誉值是一直在动态变化着的，TA需要统计并记录每个参选节点从第1轮到最后一轮中每个阶段的信誉值，报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值为Ris，即该车辆节点在每一轮参与后的信誉值；
若在m轮记账节点选取之后车辆节点的信誉值一直保持不变，本申请m值取5，则将信誉值一直保持不变的车辆节点的参选总次数k清零，直到该车辆节点的信誉值有所变化时，重新累计其参选总次数；因为车辆节点长时间不参与网络内的事务故没有信誉值的变化，这样做是为了刺激节点的活跃性，鼓励节点更加积极的参加网络行为。
步骤7)、选取所有参选车辆节点中权益值最大的车辆节点当选为本轮的记账节点，即可完成记账节点的确认；记账节点选举之后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值的80％返还其本身，即将车辆节点i本轮扣除的信誉值的80％返还至车辆节点i，确认记账节点后的车辆节点i的信誉值Riq为：Riq＝Ris+0.8Rik。
确认记账节点后，给予当选记账节点的车辆节点奖励Rj，作为当选记账节点的车辆的收益，
TA更新记账节点当前最新的信誉值R＝Riq+Rj，本次获得记账节点的车辆节点的参选总次数k清零，从本轮之后该车辆节点的k值重新开始计数。
Claims (10)
1.一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、将所有车载节点在可信机构单元上进行注册并给定每个车载节点相同的初始信誉值；
步骤2)、产生新交易时，可信机构单元发起一轮新的记账节点选取；
步骤3)、需要参与记账节点选取的车辆节点报名参加记账节点选取，同时可信机构单元扣除参加记账节点选取的车辆节点的部分信誉值；
步骤4)、记账节点选取报名结束后，可信机构单元统计报名参加记账节点选取的车辆节点的当前信誉值，将当前信誉值低于设定阈值的车辆节点剔除记账节点的选举队列；
步骤5)、根据车辆节点的当前信誉值获取参选车辆节点的权益值；
Stake表示节点的权益值，Ris表示报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值；a表示收益增长率，a为定值；ki为车辆节点i含本次报名参加记账节点选取的总次数，ki＝1,2,3，...n；
步骤6)、选取所有参选车辆节点中权益值最大的车辆节点当选为本轮的记账节点，即可完成记账节点的确认,记账节点选取确定之后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值按比例返还其本身，同时给予当选记账节点的车辆节点奖励。
2.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，可信机构单元通过路侧单元与车辆节点进行通信，可信机构单元用于密钥管理、分配、认证和撤销。
3.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，车载节点上的OBU设备通过路侧单元在可信机构单元上进行身份唯一的信息注册。
4.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，具体扣除参加记账节点选取的车辆节点的信誉值为Rik：
Ri为车辆节点i报名参加记账节点选取时的信誉值，ki为车辆节点i含本次报名参加记账节点选取的总次数，ki＝1,2,3，...n；报名参加记账节点选取后车辆节点i的当前信誉值为：Ris＝Ri-Rik。
5.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，所有车辆节点的初始信誉值相同，车辆节点的初始信誉值为0.5。
6.根据权利要求5所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于步骤4)中设定阈值为0.3。
7.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，若在m轮记账节点选取之后车辆节点的信誉值一直保持不变，则将信誉值一直保持不变的车辆节点的参选总次数k清零，直到该车辆节点的信誉值有所变化时，重新累计其参选总次数。
8.根据权利要求4所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，选取结束后，将所有参加本轮记账节点选取的车辆节点扣除的信誉值的80％返还其本身，确认记账节点后的车辆节点i的信誉值Riq为：Riq＝Ris+0.8Rik。
9.根据权利要求8所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，给予当选记账节点的车辆节点奖励Rj，作为当选记账节点的车辆的收益，记账节点当前最新的信誉值为R＝Riq+Rj。
10.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的区块链共识方法，其特征在于，本次当选记账节点的车辆节点的参选总次数k清零，从本轮之后该车辆节点的k值重新开始计数。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20230907 Address after: Room 801, 85 Kefeng Road, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: Guangzhou Dayu Chuangfu Technology Co.,Ltd. Address before: 710064 middle section, south two ring road, Shaanxi, Xi'an Applicant before: CHANG'AN University |
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| GR01 | Patent grant | ||
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