CN107886388B - 基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台及其运行方法，即通过联合政府的交巡警部门、打车软件平台，建立一个统一、公开的交通出行信用、安全的查询与保障平台，从而为市民提供更好的出租车服务。为了适应区域交通出行大流量、高负载的特征，本发明采用多个从服务器和区块链侧链的技术，通过侧链的双向挂钩机制与主链联系进行同步与更新，以减缓主链面对高负载时的压力。此外，本发明利用区块链的非中心化特性为有关部门的监管提供了便利，包括普通司机、乘客和交警部门等政府机构的行为。

Description

基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台及 其运行方法

技术领域

本发明属于移动服务及区块链技术领域，具体涉及一种基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台及其运行方法。

背景技术

在使用诸如出租车交通服务或者打车软件平台提供的快车、专车(以下都用出租车笼统指代)等交通服务时，乘客对出租车司机的信用、安全等方面的信息完全不了解，或者了解程度不够、缺乏一定的公信力，在新闻媒体上时常会听到有出租车司机违法犯罪的负面报道。

部分出租车司机存在违规服务的行为，比如一辆车同时载送两批乘客并收取一样的费用，或者违规收费，涨价宰客等。相对应地，出租车司机也会担心部分乘客的信用水平，以及是否存在某一些犯罪行为的历史。

此外，在出租车上丢失物品后很难追回，因为出租车定位本身较为困难，乘客可能没有记住出租车的牌号，出租车上可能又会载送新的乘客，使得追回变得更加困难；监管部门难以获知交易的情况，无法对交通服务进行有效的监管。

区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。

联盟链则是一种共识过程受到预选节点控制的区块链，联盟链或允许每个人都可读取，或者只受限于参与者，或走混合型路线，例如区块的根哈希及其API(应用程序接口)对外公开，API可允许外界用来作有限次数的查询和获取区块链状态的信息，这种区块链可视为“部分去中心化”。

侧链是一种特殊的区块链，它使用一种叫做“SPV楔入”的技术实现与其他区块链之间的资产转移，这使得用户能用已有的资产来使用新的加密货币及其他信用系统，一般侧链使用的是双向挂钩机制。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台及其运行方法，其利用区块链的联盟链技术与侧链技术，提供多中心化、可信赖、隐私保护的交通出行服务，从而为市民提供更好的出租车服务。

一种基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台，包括客户端、主服务器、从服务器以及监管部门；其中，所述客户端为用户(乘客及司机)的移动终端，其通过App与主服务器和从服务器通讯；所述主服务器上存储有完整的主区块链，主区块链上记录有账户信息、交易信息、信用信息、法律信息、评价信息以及行驶信息；所述从服务器有多台，每台从服务器生成并存储有侧链，在交易过程中客户端通过App与从服务器通讯，具体交易由从服务器负责验证、计算处理以及服务提供并记录于侧链区块，进而通过侧链的双向挂钩机制与主服务器上的主区块链进行同步更新；所述监管部门通过审计主区块链以实现对交通出行的有效监察。

进一步地，所述主区块链为联盟链，除主服务器外该联盟链还由出租车运营公司、互联网打车服务平台、第三方消费者协会、监管部门以及执法部门共同构建与维护；对于违章、违规、违法行为的信息，执法部门可直接将信息登记在主区块链上，供用户进行查询。

进一步地，用户利用客户端App与主服务器进行实名认证，主服务器为用户分配公钥作为其账户身份，该账户身份与用户真实身份的映射关系保存在主区块链中并由主服务器负责管理，且只有监管部门有权限查看。

进一步地，所述客户端具有定位功能，服务过程中客户端定时自动更新其位置信息以及行驶信息，作为乘客的客户端可以直接知道一辆车是否在使用，同时如果出现违法行为，警方可依据位置信息进行追捕。

进一步地，当出现物品遗失需要追回时，作为失主乘客的客户端通过App向主服务器提交寻找物品的申请，通过主区块链可快速确定相关司机，从而与其进行联系；当交警公安介入调查时，所述主区块链将为其提供相关司机以及相关其他乘客的信息，帮助寻找遗失物品。

上述交通出行信用与安全服务平台的运行方法，包括如下步骤：

(1)用户利用客户端App与主服务器进行实名认证，相应账户信息将存储于主区块链上；

(2)当司机与乘客联系上并开始服务后，交易双方通过客户端App与主从服务器进行通讯以相互验证对方的法律有效性以及信用状况；

(3)验证通过后，交易双方通过客户端App向之前响应客户端的从服务器发送一个“交易开始”的记录，该记录包含关于司机、乘客、车牌号、时间、地点等信息，且交易双方利用各自的私钥对该记录进行签名确认；

(4)交易完成后，双方通过客户端App向从服务器发送一个“交易完成”的记录，交易双方利用各自的私钥对该记录进行签名的形式以确认该笔交易确已被结算清楚。

所述步骤(2)中交易双方通过客户端App与主从服务器进行通讯以相互验证对方的法律有效性以及信用状况，具体过程如下：

2.1用户利用客户端App向主服务器发送查询请求；

2.2若主服务器上被查用户的信息区块尚未被封锁，即该信息区块未被转移至任何一个从服务器上，则主服务器随机选择某一从服务器与之进行双向挂钩，并将相应信息区块移交给该从服务器，登记其ID以便后期查找，进而让用户客户端与该从服务器连接通讯；

2.3若被查用户的信息区块因为双向挂钩被转移到某一从服务器上，即该信息区块在主服务器上被锁定时，则主服务器直接让用户终端与该从服务器连接通讯；

2.4从服务器完成查询任务，将结果反馈给用户客户端。

进一步为了加快效率，每次交易结束后，相应从服务器将用户法律及信用状况标识在其最后一条交易记录中，每次只要查询该用户最后一次交易记录即可获得其法律及信用状况。

每一条交易记录都含有一个交易ID和一个时间戳，且需要经过交易双方的签名，没有签名或者签名数不足的交易不被接受；完整的交易包含“交易开始”和“交易完成”两条记录且这两条记录的ID是相同的。故正常情况下，用户的交易流水是一个个按时间排序的“开始-完成”记录对。

若有多台从服务器负责某笔交易时，则这些从服务器将共享该笔交易的信息，相互同步，并采用权益证明机制达成共识，分别验证各自所负责用户的交易合法性；在交易合法性验证后，这些从服务器将竞选出一个从服务器作为主负责人，此时则等同于进入一台从服务器负责一笔交易的状态。

当一台从服务器负责一笔交易时，根据结果从服务器更新相关用户的信用信息，保存交易中的相关数据，然后待主服务器空闲时，所有参与本次交易的从服务器与主服务器解除相关区块的双向挂钩，并更新主服务器上的信息。

本发明通过联合政府的交巡警部门、打车软件平台，建立一个统一、公开的交通出行信用、安全的查询与保障平台，从而为市民提供更好的出租车服务。为了适应区域交通出行大流量、高负载的特征，本发明采用多个从服务器和区块链侧链的技术，通过侧链的双向挂钩机制与主链联系进行同步与更新，以减缓主链面对高负载时的压力。此外，本发明利用区块链的非中心化特性为有关部门的监管提供了便利，包括普通司机、乘客和交警部门等政府机构的行为。

附图说明

图1为本发明交通出行信用与安全服务平台的结构示意图。

图2为本发明交通出行信用与安全服务平台的交易流程示意图。

图3为本发明交通出行信用与安全服务平台的验证流程示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明交通出行信用与安全服务平台由出租车主的移动端软件App、乘客用户的移动端软件App(App的功能也可以通过执法部门的要求，嵌入到已有的打车软件中)、一个交警执法部门的主服务器和若干从服务器以及监管部门构成。

考虑到移动平台的性能与存储特性，让普通用户(乘客与司机)的移动端App成为轻量节点，只存储他们所关心的、相关的部分交易。用户的身份验证则是由轻节点直接与主服务器之间进行，主服务器只有一个，其存储完整的主区块链，包含账户信息、交易信息、信用信息、法律信息、评价、行驶信息等；从服务器有多个，其会生成侧链，通过侧链的双向挂钩机制与主链联系，在交易过程中用户与从服务器通讯，从服务器通过侧链从主链上下载与更新信息，具体的交易由从服务器来进行验证、计算、处理以及服务提供，从而减轻主服务器的负载；同一笔交易涉及多个从服务器时，多个从服务器之间会进行相互验证核查。

整个区块链主链为联盟链，该联盟链由出租车运营公司、互联网打车服务平台、第三方消费者协会、监管部门、执法部门等共同构建与维护。联盟链对公众公开，公众可以查阅、检验链上信息，但没有修改、操作的权限。

监管部门拥有审计区块链主链与侧链的权限，通过直接核查整个区块的交易记录即可，监管部门和执法部门都可以获取用户账户信息，以便需要时可以知道账户主体的真实身份，但普通用户之间是具有匿名性的。监管部门可以通过直接访问主服务器的区块链获取关于司机、乘客、执法人员的交易、操作、信用、位置等信息，从而可以实现对交通出行的有效监察。当某一账户处于交易状态，其信息因为双向挂钩被转移到某一从服务器上，而在主服务器上被锁定时，主服务器将根据从服务器的挂号找到相应的从服务器，从而在从服务器处查询相关信息。

对于违章、违规、违法行为的信息，交警执法部门可直接登记在区块链与数据库上，供用户查询；由于区块链的不可篡改性，这可以对司机形成较强的约束。为了实现对执法部门的监管，因此必须要求执法部门的操作在区块链上登记形成日志，以便监管部门进行审计。

乘客与司机用户需进行实名认证后方可进入系统平台，用公钥代表用户的账户身份，公钥账户与真实身份的映射关系只保留在主服务器的区块链主链中，由主服务器直接处理，且只有监管部门有权限查看。

如图2所示，通过本发明服务平台进行交易的具体过程如下：

(1)出租车司机与乘客联系好，相互协商开始服务。

(2)在开始服务后，首先进入验证期，乘客与司机的终端会相互验证对方的法律有效性(如是否拥有合法驾驶证，是否为非法人员、逃犯等)、信用状况(如是否交易违约)；验证方式是查询从服务器上的信息，具体验证流程如图3所示：

2.1用户的终端向主服务器发送查询请求。

2.2若被查询用户的信息区块尚未被封锁，即不在任何一个从服务器上，则主服务器随机选择某一从服务器，与之进行双向挂钩，将数据区块移交给该从服务器，登记其ID以便后期查找，并让用户终端与该从服务器连接通讯。

注：双向挂钩广泛用于比特币和另类币的交互中，其允许将比特币(或者其他信息)从区块链主链转移到侧链，反之亦然。“转移”实际上是一种错觉，比特币其实并没有转移，但在比特币区块链上被暂时锁定，而同时在辅助区块链上有相同数量的等价令牌被解锁；当等量的令牌在辅助区块链上被再次锁定时，原先的比特币就会被解锁，这实质上就是双向挂钩所要实现的功能，除了比特币，双向挂钩机制也可用在其他区块链系统中。

2.3若被查询用户的信息，即相应的法律、信用等记录的区块已在某一从服务器上，则主服务器直接让用户终端与该从服务器连接通讯即可。

2.4从服务器完成查询任务，将结果反馈给用户；为了加快效率，本实施方式在上次交易结束后，就将相应的状况标识在最后一条记录中，本次查询只要查询该用户的最后一次的记录即可。

(3)验证通过后，交易双方都广播一个“交易开始”的信息记录，该记录可能包含司机、乘客、车牌号、时间地点等信息，交易双方用他们的私钥签名来确认，该广播将发送给刚刚响应本终端的从服务器。

(4)交易完成时，交易双方都广播一个“交易完成”的信息记录；支付手段可以使用普通的现金或者第三方支付平台等，在平台上用户只需要用他们的私钥签名来确认该笔交易确实已经被结算清楚即可；该“交易完成”的记录同样是发送给之前的相应服务器。

(5)每一条交易都含有一个交易ID和一个时间戳，需要经过交易双方的签名，没有签名或者签名数不足(考虑到多名乘客之类的情形)的交易不被接受。完整的交易包含“交易开始”和“交易完成”两条记录，它们的ID是相同的；正常情况下，一个用户的交易流水是一个一个按时间排序的“开始-完成”对。

(6)有时一个服务器收到一个用户的多条同为“交易开始或交易结束”记录，如果是同一交易ID，那么由签名保证这些记录应该是一样的，可以丢弃重复的记录；如果是不一样的ID，那么具有较早时间戳的记录将被保留，较晚的记录则排队等候；如果遇到与之对应的“交易开始”或者“交易结束”，则被纳入区块中；如果出现时间错误，如某用户的一个交易的开始在他的另一个交易的结束之前，则时间戳晚的交易将不被认可而抛弃。

(7)如果有多个服务器负责某笔交易，则一个服务器负责若干个用户的数据，那么他们将共享该笔交易的信息，相互同步，采用权益证明机制达成共识；并分别验证所负责用户的交易的合法性；在交易合法性验证后，他们将竞选一个从服务器作为主负责，竞选的方法有多种，可以使用随机数等；竞选出主要负责人后，进入等同于只有一个从服务器的状态。

注：权益证明是工作量证明的替代方法，这种方法从根本上解决了工作量计算浪费的问题，这种证明系统不要求证明者完成一定数量的计算工作，而是要求证明者对某些数量的钱展示所有权，以类似于股权投票的方式来达成共识。

(8)只有一个从服务器负责本次交易，或者已经竞选并核实后，根据结果从服务器更新相关用户的信用等信息，保存交易中的相关数据，然后可以带到主服务器空闲时，所有参与本次交易的从服务器与主服务器解除相关区块的双向挂钩，并更新主服务器上的信息。

此外，服务平台还提供定位服务以及遗失物品追回；服务中的司机与乘客的终端节点可以定时自动更新他们的位置等行驶信息，其他乘客可以直接知道一辆车是否在使用，同时如果出现犯罪行为，警方可依据位置信息进行追捕。

如果出现物品丢失，失主乘客可发起寻找物品的申请，利用区块链，我们可以确定相关的司机，从而直接进行联系，在拥有位置更新时可以较准确的定位；当交警公安介入调查时，区块链将帮助追查司机与相关其他乘客，帮助寻找遗失物品。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于联盟链实现多中心化的交通出行信用与安全服务平台，其特征在于：包括客户端、主服务器、从服务器以及监管部门；其中，所述客户端为用户的移动终端，其通过App与主服务器和从服务器通讯；所述主服务器上存储有完整的主区块链，主区块链上记录有账户信息、交易信息、信用信息、法律信息、评价信息以及行驶信息；所述从服务器有多台，每台从服务器生成并存储有侧链，在交易过程中客户端通过App与从服务器通讯，具体交易由从服务器负责验证、计算处理以及服务提供并记录于侧链区块，进而通过侧链的双向挂钩机制与主服务器上的主区块链进行同步更新；所述监管部门通过审计主区块链以实现对交通出行的有效监察；

所述主区块链为联盟链，除主服务器外该联盟链还由出租车运营公司、互联网打车服务平台、第三方消费者协会、监管部门以及执法部门共同构建与维护；对于违章、违规、违法行为的信息，执法部门可直接将信息登记在主区块链上，供用户进行查询；

用户利用客户端App与主服务器进行实名认证，主服务器为用户分配公钥作为其账户身份，该账户身份与用户真实身份的映射关系保存在主区块链中并由主服务器负责管理，且只有监管部门有权限查看；

所述客户端具有定位功能，服务过程中客户端定时自动更新其位置信息以及行驶信息，作为乘客的客户端可以直接知道一辆车是否在使用，同时如果出现违法行为，警方可依据位置信息进行追捕；

当出现物品遗失需要追回时，作为失主乘客的客户端通过App向主服务器提交寻找物品的申请，通过主区块链可快速确定相关司机，从而与其进行联系；当交警公安介入调查时，所述主区块链将为其提供相关司机以及相关其他乘客的信息，帮助寻找遗失物品。

2.一种如权利要求1所述交通出行信用与安全服务平台的运行方法，包括如下步骤：

(1)用户利用客户端App与主服务器进行实名认证，相应账户信息将存储于主区块链上；

(2)当司机与乘客联系上并开始服务后，交易双方通过客户端App与主从服务器进行通讯以相互验证对方的法律有效性以及信用状况，具体过程如下：

2.1用户利用客户端App向主服务器发送查询请求；

2.2若主服务器上被查用户的信息区块尚未被封锁，即该信息区块未被转移至任何一个从服务器上，则主服务器随机选择某一从服务器与之进行双向挂钩，并将相应信息区块移交给该从服务器，登记其ID以便后期查找，进而让用户客户端与该从服务器连接通讯；

2.3若被查用户的信息区块因为双向挂钩被转移到某一从服务器上，即该信息区块在主服务器上被锁定时，则主服务器直接让用户终端与该从服务器连接通讯；

2.4从服务器完成查询任务，将结果反馈给用户客户端；

(3)验证通过后，交易双方通过客户端App向之前响应客户端的从服务器发送一个“交易开始”的记录，该记录包含关于司机、乘客、车牌号、时间、地点的信息，且交易双方利用各自的私钥对该记录进行签名确认；

(4)交易完成后，双方通过客户端App向从服务器发送一个“交易完成”的记录，交易双方利用各自的私钥对该记录进行签名的形式以确认该笔交易确已被结算清楚；

每次交易结束后，相应从服务器将用户法律及信用状况标识在其最后一条交易记录中，每次只要查询该用户最后一次交易记录即可获得其法律及信用状况；每一条交易记录都含有一个交易ID和一个时间戳，且需要经过交易双方的签名，没有签名或者签名数不足的交易不被接受；完整的交易包含“交易开始”和“交易完成”两条记录且这两条记录的ID是相同的；

若有多台从服务器负责某笔交易时，则这些从服务器将共享该笔交易的信息，相互同步，并采用权益证明机制达成共识，分别验证各自所负责用户的交易合法性；在交易合法性验证后，这些从服务器将竞选出一个从服务器作为主负责人，此时则等同于进入一台从服务器负责一笔交易的状态；

当一台从服务器负责一笔交易时，根据结果从服务器更新相关用户的信用信息，保存交易中的相关数据，然后待主服务器空闲时，所有参与本次交易的从服务器与主服务器解除相关区块的双向挂钩，并更新主服务器上的信息。

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