CN108418622A - 一种基于区块链的无人机群体决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的无人机群体决策方法，本发明在执行任务的过程中，由于单个无人机获取信息的能力有限，对整体环境感知能力不强；因此，借助多无人机协同控制，实现对任务和目标的决策与共识机制。当一个无人机节点在任务过程中发现可疑目标时，即可发起群体决策，其余无人机将聚集在目标周围，根据采集信息进行投票，同时将投票结果和采集信息写入区块链中，以提供透明、安全、可溯源的群体决策过程，并达成共识。另一方面，依据区块链中历史信息，可以甄别无人机采集数据的真实性，保证无人机网络内信息交互的有效性。

Description

一种基于区块链的无人机群体决策方法

技术领域

本发明涉及无人机网络协同控制领域，具体涉及一种基于区块链的无人机群体决策方法。

背景技术

无人机已被广泛应用在军事、搜救、勘察等诸多领域，其具有低成本、操作方便和灵活可靠等特点，可以近距离对地面目标有选择性和针对性地实施观测，提高情报的可靠性和时效性。目前，在日益复杂的任务环境下，单个无人机因有效载荷、航行时间等限制条件的影响，无法完成繁重复杂的任务。因此，采用多无人机协同来实现目标搜索、目标打击及防御等任务逐渐成为了研究热点，网络化的无人机群能大幅度的拓展无人机的应用范围与任务使命。

但是由于无人机网络易受到各种安全威胁和攻击，包括被动窃听、数据篡改、伪造身份等；因此，保证无人机网络的安全就显得尤为重要。区块链技术通过将点对点网络与加密算法相结合，可以解决分布式系统交互过程的拜占庭将军问题，即在缺少可信任的中央节点的情况下，分布式节点如何达成共识和建立互信。区块链技术可以使无人机群体智能网络在无中心节点的情况下，针对特定事件进行安全的信息交互与决策，包括位置共享、数据采集的存证和溯源、目标识别等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于区块链的无人机群体决策方法，利用区块链技术分布式、不可更改等特点，在多无人机协同运行过程中，针对目标任务，可实现安全、透明、可溯源的无人机群体决策方案。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，当一个无人机节点在任务过程中发现可疑目标时，则发起群体决策；

步骤二，无人机将投票信息广播至网络内其他无人机，网络内的无人机进行投票操作；

步骤三，计算投票结果，并将投票结果和采集信息写入区块链中；

步骤四，根据区块链中的历史数据，对新采集的信息真伪性进行甄别。

步骤一的具体方法如下：

当无人机发现可疑目标时，发起两个投票交易，分别为决策x001和决策x002，并写入区块x中，无人机针对可疑目标的投票交易内容包括：投票对象地址address、投票对象内容data以及投票数count，然后，该无人机将两个投票对象内容广播至网络内的所有无人机。

步骤二的具体方法如下：

网络内的其他无人机收到广播的投票内容后，将其写入区块x，并围绕可疑目标进行信息采集，无人机根据采集信息，生成投票消息M_i：

M_i＝{(i,address),D((i,address),privkey_i)}，

其中，i表示该无人机的编号，address表示该无人机所选择投票对象的地址，privkey_i表示该无人机i的私钥信息，D()表示使用私钥privkey_i对投票信息(i,address)进行加密的签名函数；

无人机将投票信息广播至网络内其他无人机。

步骤三中，计算投票结果的具体方法如下：

第一步，当无人机接收到其他无人机发送来的投票消息M_i时，从区块0中寻找发送端无人机的证书cert_i，并从中提取该无人机的公钥pubkey_i，然后进行如下计算：

result＝E(D((i,address),privkey_i),pubkey_i)，

其中，result为函数E()的计算结果，E()为使用公钥pubkey_i对投票信息(i,address)进行解密的验证函数；如果result等于投票消息M_i中的(i,address)，则说明投票信息合法；否则，说明投票信息被篡改，通知发送投票消息M_i的无人机，要求其重新广播投票消息；

第二步，根据投票消息M_i中的无人机编号i，无人机检查是否收到网络内所有其他无人机节点的投票消息；若未收到无人机j的投票消息，则通知无人机j，要求其再次发送投票消息；最终，确保网络内的所有无人机都拥有其余无人机的投票信息，并将所有投票消息写入区块x中；

第三步，根据投票消息M_i中的投票对象的地址address，将区块x中相应地址投票交易的投票数count加1，最终，根据投票对象的投票数生成决策结果deci_result写入区块x中：

deci_result＝{location,result_data}，

其中，location表示可疑目标所在位置的GPS坐标，result_data表示获得投票数较多的投票对象的内容；

第四步，计算区块x的哈希值Hash_x，并将区块x写入区块链，其中，哈希值Hash_x的计算方法如下：

Hash_x＝SHA_256(deci_result,x001,x002,M₁,M₂,…,M_N,Hash_x-1)，

其中，Hash_x-1表示上一个区块，区块x-1的哈希值。

步骤四中，对新采集的信息真伪性进行甄别的具体方法如下：

第一步，当无人机采集或接受信息时，在向区块y写入数据前，依据信息中的GPS坐标location，寻找区块链中的历史数据；

第二步，如果存在GPS位置相近的信息，则进行数据比对；如果数据相近则采纳信息并写入区块y，否则视为无效数据，丢弃该信息。

无人机网络内所有无人机均需预存储区块0作为初始区块，区块0内包含该区块的哈希值Hash₀和无人机网络内所有无人机的证书cert₁-cert_N，其中N表示网络中无人机的数量，哈希值Hash₀的计算方法如下：

Hash₀＝SHA_256(cert₁,cert₂,…,cert_N)，

其中，SHA_256()为安全散列算法函数。

与现有技术相比，本发明在执行任务的过程中，由于单个无人机获取信息的能力有限，对整体环境感知能力不强；因此，借助多无人机协同控制，实现对任务和目标的决策与共识机制。当一个无人机节点在任务过程中发现可疑目标时，即可发起群体决策，其余无人机将聚集在目标周围，根据采集信息进行投票，同时将投票结果和采集信息写入区块链中，以提供透明、安全、可溯源的群体决策过程，并达成共识。另一方面，依据区块链中历史信息，可以甄别无人机采集数据的真实性，保证无人机网络内信息交互的有效性。

附图说明

图1为本发明中无人机网络中区块链的初始区块示意图；

图2为本发明中无人机网络实现群体决策的过程流程图；其中，(a)为步骤一的流程图，(b)为步骤二的流程图，(c)为步骤三的流程图；

图3为本发明中无人机网络实现数据真伪鉴别的方法。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，无人机网络内所有无人机均需预存储区块0(初始区块)，具体说明如下：

区块0内包含该区块的哈希值Hash₀和无人机网络内所有无人机的证书cert₁-cert_N，其中N表示网络中无人机的数量，哈希值Hash₀的计算方法如下：

Hash₀＝SHA_256(cert₁,cert₂,…,cert_N)，

其中，SHA_256()为安全散列算法函数。

参照图2，本发明的具体实现步骤如下：

步骤1，当一个无人机节点在任务过程中发现可疑目标时，即可发起群体决策。

当无人机发现可疑目标时，发起两个投票交易，分别为决策x001和决策x002，并写入区块x中。交易包含的内容有：投票对象地址address，投票对象内容data以及投票数count。然后，该无人机将两个投票对象内容广播至网络内的所有无人机。

步骤2，网络内的无人机进行投票操作。

网络内的其他无人机收到广播的投票内容后，将其写入区块x，并围绕可疑目标进行信息采集。无人机根据采集信息，生成投票消息M_i：

M_i＝{(i,address),D((i,address),privkey_i)}，

其中，i表示该无人机的编号，address表示该无人机所选择投票对象的地址，privkey_i表示该无人机i的私钥信息，D()表示使用私钥privkey_i对投票信息(i,address)进行加密的签名函数。

无人机将投票信息广播至网络内其他无人机。

步骤3，计算投票结果。

(1)当无人机接收到其他无人机发送来的投票消息M_i时，从区块0中寻找发送端无人机的证书cert_i，并从中提取该无人机的公钥pubkey_i，然后进行如下计算：

result＝E(D((i,address),privkey_i),pubkey_i)，

其中，result为函数E()的计算结果，E()为使用公钥pubkey_i对投票信息(i,address)进行解密的验证函数。如果result等于投票消息M_i中的(i,address)，则说明投票信息合法；否则，说明投票信息被篡改，通知发送投票消息M_i的无人机，要求其重新广播投票消息。

(2)根据投票消息M_i中的无人机编号i，无人机检查是否收到网络内所有其他无人机节点的投票消息；若未收到无人机j的投票消息，则通知无人机j，要求其再次发送投票消息。最终，确保网络内的所有无人机都拥有其余无人机的投票信息，并将所有投票消息写入区块x中。

(3)根据投票消息M_i中的投票对象的地址address，将区块x中相应地址投票对象的投票数count加1。最终，根据投票对象的投票数生成决策结果deci_result写入区块x中：

deci_result＝{location,result_data}，

其中，location表示可疑目标所在位置的GPS坐标，result_data表示获得投票数较多的投票对象的内容。

(4)计算区块x的哈希值Hash_x，并将区块x写入区块链。其中，哈希值Hash_x的计算方法如下：

Hash_x＝SHA_256(deci_result,x001,x002,M₁,M₂,…,M_N,Hash_x-1)，

其中，Hash_x-1表示上一个区块，区块x-1的哈希值。

参照图3，依据区块链中的历史数据，实现对新采集信息真伪性的甄别：

(1)当无人机采集或接受信息时，在向区块y写入数据前，依据信息中的GPS坐标location，寻找区块链中的历史数据。

(2)如果存在GPS位置相近的信息，则进行数据比对；如果数据相近则采纳信息并写入区块y，否则视为无效数据，丢弃该信息。

本发明利用区块链技术分布式、不可更改等特点，在多无人机协同运行过程中，针对目标任务，可实现安全、透明、可溯源的无人机群体决策方案。另一方面，依据区块链中历史信息，可以甄别无人机采集数据的真实性，保证无人机网络内信息交互的有效性。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于区块链的无人机群体决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，当一个无人机节点在任务过程中发现可疑目标时，则发起群体决策；

步骤二，无人机将投票信息广播至网络内其他无人机，网络内的无人机进行投票操作；

步骤三，计算投票结果，并将投票结果和采集信息写入区块链中；

步骤四，根据区块链中的历史数据，对新采集的信息真伪性进行甄别。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机群体决策方法，其特征在于，步骤一的具体方法如下：

当无人机发现可疑目标时，发起两个投票交易，分别为决策x001和决策x002，并写入区块x中，无人机针对可疑目标的投票交易内容包括：投票对象地址address、投票对象内容data以及投票数count，然后，该无人机将两个投票交易内容广播至网络内的所有无人机。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机群体决策方法，其特征在于，步骤二的具体方法如下：

网络内的其他无人机收到广播的投票内容后，将其写入区块x，并围绕可疑目标进行信息采集，无人机根据采集信息，生成投票消息M_i：

M_i＝{(i,address),D((i,address),privkey_i)}，

其中，i表示该无人机的编号，address表示该无人机所选择投票对象的地址，privkey_i表示该无人机i的私钥信息，D()表示使用私钥privkey_i对投票信息(i,address)进行加密的签名函数；

无人机将投票信息广播至网络内其他无人机。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机群体决策方法，其特征在于，步骤三中，计算投票结果的具体方法如下：

第一步，当无人机接收到其他无人机发送来的投票消息M_i时，从区块0中寻找发送端无人机的证书cert_i，并从中提取该无人机的公钥pubkey_i，然后进行如下计算：

result＝E(D((i,address),privkey_i),pubkey_i)，

其中，result为函数E()的计算结果，E()为使用公钥pubkey_i对投票信息(i,address)进行解密的验证函数；如果result等于投票消息M_i中的(i,address)，则说明投票信息合法；否则，说明投票信息被篡改，通知发送投票消息M_i的无人机，要求其重新广播投票消息；

第二步，根据投票消息M_i中的无人机编号i，无人机检查是否收到网络内所有其他无人机节点的投票消息；若未收到无人机j的投票消息，则通知无人机j，要求其再次发送投票消息；最终，确保网络内的所有无人机都拥有其余无人机的投票信息，并将所有投票消息写入区块x中；

第三步，根据投票消息M_i中的投票对象的地址address，将区块x中相应地址投票交易的投票数count加1，最终，根据投票对象的投票数生成决策结果deci_result写入区块x中：

deci_result＝{location,result_data}，

其中，location表示可疑目标所在位置的GPS坐标，result_data表示获得投票数较多的投票对象的内容；

第四步，计算区块x的哈希值Hash_x，并将区块x写入区块链，其中，哈希值Hash_x的计算方法如下：

Hash_x＝SHA_256(deci_result,x001,x002,M₁,M₂,…,M_N,Hash_x-1)，

其中，Hash_x-1表示上一个区块，区块x-1的哈希值。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机群体决策方法，其特征在于，步骤四中，对新采集的信息真伪性进行甄别的具体方法如下：

第一步，当无人机采集或接受信息时，在向区块y写入数据前，依据信息中的GPS坐标location，寻找区块链中的历史数据；

第二步，如果存在GPS位置相近的信息，则进行数据比对；如果数据相近则采纳信息并写入区块y，否则视为无效数据，丢弃该信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机群体决策方法，其特征在于，无人机网络内所有无人机均需预存储区块0作为初始区块，区块0内包含该区块的哈希值Hash₀和无人机网络内所有无人机的证书cert₁-cert_N，其中N表示网络中无人机的数量，哈希值Hash₀的计算方法如下：

Hash₀＝SHA_256(cert₁,cert₂,…,cert_N)，

其中，SHA_256()为安全散列算法函数。