CN107172586A - 基于区块链的移动终端网络定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的移动终端自组织网络定位方法，所述移动终端网络包括多个节点，节点的节点信息以区块的形式进行存储，多个区块组成一个区块链，区块链中的区块数据为节点的节点信息，所述节点信息至少包括与相邻节点的相对位置信息，包括：搜索区块链中的相邻节点的相对位置信息；并根据所述区块链中的相邻节点的相对位置信息，获取节点之间的相对位置和在区块链中的相对位置。本发明可以将区块链中的区块视为共识机制的可信节点，根据区块链的特点，使得移动终端网络中的用户在不依靠可信第三方的情况下，并在无GPS信号或弱GPS信号情况下进行准确定位自己在通信网络中的位置信息。

Description

基于区块链的移动终端网络定位方法

技术领域

本发明涉及信息安全中心的密码学技术领域，特别涉及一种基于区块链的移动终端网络定位方法。

背景技术

智能移动互联网已经逐渐渗入到人们生活的各个方面，从近几年移动互联网智能设备的发展趋势看，以智能手机为代表的智能移动终端数量一直处于高速增长的状态。随着智能设备的普及，智能设备具有定位功能得到了十分广泛的应用，保障位置信息的安全可信是保证用户良好体验的重要前提。但是由于城市室内环境的复杂性或者野外环境不确定性，GPS信号处于弱信号或者无信号状态，这对安全可信定位提出了更高的要求。

通常节点从GPS获得其位置信息，然而如果没有GPS信号，则很难知道所有节点的位置，并且对于一个节点来说，难以验证由其他节点广播的位置的真实性。考虑一组具有手持移动设备的人在孤立的野外执行任务的情况，其中没有来自外部世界的网络和GPS信号。这些节点将自组织一个智能移动终端网络，通过它们可以利用多跳来相互发送数据，以实现安全的通信和定位。

2008年，由中本聪(Satoshi Nakamoto)首次提出并规范证明了比特币的概念，随着这种不通过金融机构的点对点交易的快速发展，比特币概念也从最早的数字货币衍生成一种去中心化的数字货币支付系统。比特币网络系统以使用计算机解决复杂性数学问题的形式(可以将之称为“挖矿”)来产生新的比特币，通过构建特定的算法使得以递减的速度产生新的比特币保持整个系统中的平衡，即不会产生严重的“通货膨胀”。而区块链(Blockchain)技术，作为比特币交易系统中最核心的一种信息技术，因其交易系统的开放性、不依赖任何信任机构的去中心化性、时间戳和数字签名所保证的不可篡改性和合法交易存于区块链的永久性等特点，解决了双重消费问题和拜占庭将军问题，并实现了一种无信任的共识网络系统，越来越多的科研团队和商业队伍认识到区块链技术的颠覆性，加入到了信息基础技术的巨大创新中。

区块链是比特币协议的一部分，是不需要维护的分布式数据，它维护着一个持续增长的不可篡改的数据记录列表，可以使用加密，时间戳和分布式共识技术来实现分散式架构。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于区块链的移动终端网络定位方法。该基于区块链的移动终端网络定位方法可以将区块链中的区块视为共识机制的可信节点，根据区块链的特点，使得移动终端网络中的用户在不依靠可信第三方的情况下，并在无GPS信号或弱GPS信号情况下进行准确定位自己在通信网络中的位置信息。

为了实现上述目的，本发明的公开了一种基于区块链的移动终端网络定位方法，所述移动终端网络包括多个节点，节点的节点信息以区块的形式进行存储，多个区块组成一个区块链，区块链中的区块数据为节点的节点信息，所述节点信息至少包括与相邻节点的相对位置信息，包括：搜索区块链中的相邻节点的相对位置信息；并根据所述区块链中的相邻节点的相对位置信息，获取节点之间的相对位置和在区块链中的相对位置。

根据本发明的基于区块链的移动终端网络定位方法，可以将区块链中的区块视为共识机制的可信节点，根据区块链的特点，使得移动终端网络中的用户在不依靠可信第三方的情况下，并在无GPS信号或弱GPS信号情况下进行准确定位自己在通信网络中的位置信息。

另外，根据本发明上述实施例的基于区块链的移动终端网络定位方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，还包括：接受所述区块链中的各个节点互相进行位置验证，并对未通过验证的节点实行惩罚机制。

进一步地，所述接受区块链中的各个节点互相进行位置验证具体包括：获取GPS发出的位置信息，并向所述移动终端网络进行广播；与进行广播的节点相连的节点验证是否在自己的节点信息中包括进行广播的节点的位置；如果无法通过节点间的相互验证过程，则判断进行广播的节点为欺骗节点。

进一步地，增加区块以使待加入移动终端网络的节点加入到所述移动终端网络。

进一步地，具体步骤为：S1：对区块链中的前导节点进行验证，以确认所述前导节点的身份是否真实；S2：如果验证通过，根据自组织网络定位系统，获取所述待加入移动终端网络的节点的相对位置信息；S3：不断尝试随机数使得区块杂凑值由若干个前导零组成；S4：如果尝试成功，对所述杂凑值进行私钥签名，并建立一个临时数据块；S5：面向所述区块链广播所述待加入移动终端网络的节点所述临时数据块的信息；S6：接收所述区块链中的各个节点的验证；S7：如果验证通过，则使得所述待加入移动终端网络的节点加入到所述区块链，如果验证不通过，则实行惩罚机制，将所述待加入移动终端网络的节点加入到黑名单中，并将所述待加入移动终端网络的节点中的相关信息丢弃。

进一步地，步骤S5：存储所述待加入移动终端网络的节点广播所述临时数据块的信息。

进一步地，步骤S6中的验证主要包括位置信息是否存在欺骗，是否重复处理。

进一步地，所述黑名单在所述前导节点的区块数据中。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的基于区块链的移动终端网络定位方法的流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的基于区块链的移动终端网络定位方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的使用欧几里得方法的APS(Ad Hoc PositioningSystem，基于自组织网络定位系统)方案定位示意图；

图4是根据本发明一个实施例的区块链结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的基于区块链的移动终端网络定位方法。

图1是根据本发明一个实施例的基于区块链的移动终端网络定位方法的流程图。

如图1所示，根据本发明一个实施例的基于区块链的移动终端网络定位方法，包括：

其中，移动终端网络包括多个节点，在进行自组织网络时，采用区块链技术，一个节点均对应有一个区块，节点的节点信息以区块的形式进行存储，多个区块组成一个区块链，区块链中的区块数据为对应节点的节点的信息，结合图4所示，节点信息包括但不限于位置信息，其中，节点信息还包括序列号，序列号为每个节点在加入移动终端自组织网络时根据可信公钥基础设施发布创建的，自组织网络中的节点与节点通信时，将通信信息保存在相应区块中。

再结合图4所示，所述节点信息包括但不限于公共会话密钥、签名、前一块的杂凑值、序列号、黑名单、矿工候选等等。

其中，矿工是具有许多邻节点的节点，并且只有在与该节点相连的节点一半以上称为矿工之后，该节点才可以二次成为矿工。矿工由系统分配。

为了避免被分配为下一个矿工，节点可以转为离线或拒绝计算和推出新块，系统将在系统参数(Param)中设置矿工候选编号(cannum)。在每个块中依据它们的邻节点数进行排序，所统计的邻节点数量不会被欺骗，因为距离也会在同一块中公布，因此，所有节点可以验证正确性。矿工将根据顺序分配候选者，并确保候选者不是节点总数的一半内的矿工。候选中的第一个应该是下一个块的矿工，而如果第一个候选者变为离线或拒绝在多个时期内发布下一个块，则第二候选将充当矿工并在下一个时期中发布新块。

黑名单(Blacklist)：与比特币的激励机制不同，假设两个相邻节点之间没有多跳连接且同时拒绝生成新块的现象是罕见的。为了惩罚分配的拒绝发布新块的矿工，接下来的矿工将创建一个包含新块中的前候选者的黑名单Blacklist。所有节点将拒绝与黑名单中的节点通信，除非它移除Blacklist块，之后重新申请加入网络。如果移动终端网络在一个时期内获得由候选列表中的两个矿工发布的两个不同块，则将接受由前候选者发布的块，因为它可能发生网络延迟。当假设所有候选人将在同一时期变为离线或拒绝发布新块的概率将是可忽略的，这个规则将适用于候选人，若离线或者拒绝发布新块这样的事故发生，系统将会进行重新组织。此外，所有的欺骗节点将被添加到含blacknum(表示受处罚节点处于黑名单中的块数)的黑名单Blacklist中。

区块链：新块由矿工创建，包含前一块的杂凑值。由矿工接收的所有记录将被包含在块中，其中包括公钥更新、公共会话密钥、定位信息和由相关节点签名的签名。矿工将收集移动终端网络中所有节点的定位信息，并计算相对位置以生成所有节点的坐标，其中矿工是坐标原点。最新的blacknum中的欺骗节点的黑名单也包含在块中。矿工将根据规则分配候选人。为了缩减块的大小，所有节点将在Merkle树中进行杂凑，并且根包含在块中，因此过时的记录将被丢弃，其验证与简化的比特币支付验证相同。

综上所述，本发明的区块链中区块数据包括位置信息块以及新的参数子块：黑名单块、矿工后选块、Merkle树的根节点杂凑值块等。

具体包括如下步骤：

S110：搜索区块链中的相邻节点的相对位置信息。

因为在节点均存储着节点与相连节点的相对位置信息，基于区块链特征，区块链中的节点可以向移动终端网络进行广播，获取自己与相连节点的相对位置信息。

S120：根据区块链中的相邻节点的相对位置信息，获取节点之间的相对位置和在区块链中的相对位置。

根据本发明的基于区块链的移动终端网络定位方法，可以将区块链视为共识机制的可信节点，根据区块链的特点，使得移动终端网络中的用户在不依靠可信第三方的情况下，并在无GPS信号或弱GPS信号情况下进行准确定位自己在通信网络中的位置信息。

在一些实施例中，还包括：接受区块链中的各个节点互相进行位置验证，并对未通过验证的节点实行惩罚机制。进一步地，接受区块链中的各个节点互相进行位置验证具体包括：获取GPS发出的位置信息，并向移动终端网络进行广播；与进行广播的节点相连的节点验证是否在自己的节点信息中包括进行广播的节点的位置；如果无法通过节点间的相互验证过程，则判断进行广播的节点为欺骗节点。

具体来说，结合图3所示，A广播其声明从GPS接收的位置，其接近B，C和D。然而，由B，C和D广播的记录不包含与A的距离，因此网络可以推断出A的位置可能被欺骗。

其中，A的广播内容为：

在一些实施例中，增加区块以使待加入移动终端网络的节点加入到移动终端网络。

结合图2所示，具体步骤为：

S1：对区块链中的前导节点进行验证，以确认前导节点的身份是否真实。

具体来说，以待加入移动终端网络的节点为节点usr1，区块链中的前导节点为usr0为例，其中，前导节点是指在usr1之前加入到移动网络的节点，usr1使用公钥对usr0的信息内容进行验证。在usr0的位置信息块处读取位置信息，在这里，以节点usr0发布的信息作为参照标准，并将之称为地标信息。

S2：如果验证通过，根据自组织网络定位系统，获取所述待加入移动终端网络的节点的相对位置信息。

具体来说，在APS定位方案基础上可以了解，任意节点可以通过测试无线电信息号的信号强度来获得与其紧邻节点的距离，如果该任意节点可以至少获得三个节点的距离，则可以确认相对位置。于是，通过直接相邻节点位置信息可以获得该节点usr1的相对位置信息。

作为一个示例，如图3所示，节点usr1(以A表示)可以通过测试无线电信号的信号强度来获得与其紧邻节点的距离AB、AC，前导节点usr0(以O表示)。经过步骤S1之后，usr1读取到usr0创建的块中的OB，OC距离。也就是说，四边形ABCO的四边现已知，且假设从usr0前导区块中BC距离也已知，则计算OL距离实际是求A到O欧氏距离。但是A可能在BC左侧、也可能在右侧，当A和O具有共同的几对邻节点的时候，或者测量与B和C的相同邻居来在A点进行投票判断，是位置A或者位置A’。当做出选择后，通过三角形△ACB、△BCO和△ACO以及毕达哥拉广义定理得到AO的距离。

四个节点知道彼此的之间的距离，即AB，BC，CO，OA，AC，则确认这四个节点的相对位置。当然这些节点还具有其他附近的节点。每个节点广播包含与其紧邻节点的距离的记录，并一个节点链接所有节点，因此将确认整个终端网络的相对位置。

综上所述，节点可以通过APS获得相对位置，并且如果有一半以上的移动终端网络节点接收到弱GPS信号，则所有节点将获得确切的位置。

S3：不断尝试随机数使得区块的杂凑值由若干个前导零组成。

具体来说，节点usr1计算节点usr0的杂凑值，接收被广播但未放入区块链中的块，检验usr1构成的区块的有效性，并进行工作量证明。

其中，杂凑值计算是对已经创建好的数据链中的最后一个数据块进行杂凑计算。工作量证明：区块链中存在一个关键数据Nonce，称作区块的答案，这个答案对于每一个区块是唯一，同时答案有以下特点1)这个答案很难获得；2)有效答案有很多个，但只需找到一个答案即可；3)其他区块对有效答案的验证很容易。然而问题很难解答且没有固定算法，所以唯一的办法就是不断的尝试，这个过程就叫做“挖矿”。计算

Hash(Nonce||prev_block||positon||tx||…||tx)<Bits

合法的区块杂凑值含有若干个前导零，零的个数由网络的难度值决定，如果上述杂凑值与工作量证明难度比较，具有合法的若干个前导零，则工作量证明结束。

S4：如果尝试成功，对杂凑值进行私钥签名，并建立一个临时数据块。

具体来说，节点usr1对所计算出来的杂凑值进行私钥签名，并在工作量证明结束后对所有信息打包成临时数据块，其中，临时数据块为：

S5：面向区块链广播待加入移动终端网络的节点临时数据块的信息。

具体来说，临时数据块从节点usr1传到节点usr2的同时，面向全移动终端网络将区块内容进行广播，方便各用户节点进行验证。

其中，区块链中的节点存储待加入移动终端网络的节点广播临时数据块的信息。

S6：接收区块链中的各个节点的验证。

具体来说，数据块分支判断，接收其他用户节点的验证，检验是否存在欺骗节点以及块的合法性。

其中，验证前导节点的合法性。同时，验证主要包括位置信息是否存在欺骗，是否重复处理。因为区块链数据以交易单形式存在，所以该种情况亦称重复支付或双重消费问题。

S7：如果验证通过，则使得待加入移动终端网络的节点加入到区块链，如果验证不通过，则实行惩罚机制，将待加入移动终端网络的节点加入到黑名单中，并将待加入移动终端网络的节点中的相关信息丢弃。

黑名单在前导节点的区块数据中。

惩罚机制是与比特币的激励机制不同的，意味系统中区块链中节点是诚实的，并且矿工一旦拒绝生成一个新块将会被放入黑名单并隔离，所有节点都具有系统应该是稳定的安全的共识，如果所有矿工罢工，将会花费更多的能量来重新组织系统，提高了安全性。

根据本发明的基于区块链的移动终端自组织网络定位方法，可以将区块链中的区块视为共识机制的可信节点，根据区块链的特点，使得移动终端网络中的用户在不依靠可信第三方的情况下，并在无GPS信号或弱GPS信号情况下进行准确定位自己在通信网络中的位置信息。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，所述移动终端网络包括多个节点，节点的节点信息以区块的形式进行存储，多个区块组成一个区块链，区块链中的区块数据为节点的节点信息，所述节点信息至少包括与相邻节点的相对位置信息，包括：

搜索区块链中的相邻节点的相对位置信息；

并根据所述区块链中的相邻节点的相对位置信息，获取节点之间的相对位置和在区块链中的相对位置。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，还包括：

接受所述区块链中的各个节点互相进行位置验证，并对未通过验证的节点实行惩罚机制。

3.根据权利要求2所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，所述接受区块链中的各个节点互相进行位置验证具体包括：

获取GPS发出的位置信息，并向所述移动终端网络进行广播；

与进行广播的节点相连的节点验证是否在自己的节点信息中包括进行广播的节点的位置；

如果无法通过节点间的相互验证过程，则判断进行广播的节点为欺骗节点。

4.根据权利要求1所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，增加区块以使待加入移动终端网络的节点加入到所述移动终端网络。

5.根据权利要求4所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，具体步骤为：

S1：对区块链中的前导节点进行验证，以确认所述前导节点的身份是否真实；

S2：如果验证通过，根据自组织网络定位系统，获取所述待加入移动终端网络的节点的相对位置信息；

S3：不断尝试随机数使得区块的杂凑值由若干个前导零构成；

S4：如果尝试成功，对所述杂凑值进行私钥签名，并建立一个临时数据块；

S5：面向所述区块链广播所述待加入移动终端网络的节点所述临时数据块的信息；

S6：接收所述区块链中的各个节点的验证；

S7：如果验证通过，则使得所述待加入移动终端网络的节点加入到所述区块链，如果验证不通过，则实行惩罚机制，将所述待加入移动终端网络的节点加入到黑名单中，并将所述待加入移动终端网络的节点中的相关信息丢弃。

6.根据权利要求5所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，步骤S5：存储所述待加入移动终端网络的节点广播所述临时数据块的信息。

7.根据权利要求5所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，步骤S6中的验证主要包括位置信息是否存在欺骗，是否重复处理。

8.根据权利要求5所述的基于区块链的移动终端网络定位方法，其特征在于，所述黑名单在所述前导节点的区块数据中。