CN108614683A - 一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,将机动车违章登记,违章缴费等过程以智能合约的形式写入区块链,使相关政府部门无需再依赖于一个中心化的服务器来管理机动车的违章信息,避免了中心化服务器常见的单点故障问题,并且存入区块链中的数据具有不可篡改性及可追溯性,可以防止非法篡改。另外,驾驶员的身份证,驾照等一系列涉及个人隐私的信息利用ABE加密算法进行有效保护。基于本发明,不仅可以避免单点故障引起的数据丢失,降低系统维护成本,而且能够防止违章记录被非法篡改。
Description
技术领域
本发明涉及网络空间安全技术领域,特别涉及一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法。
背景技术
近年来,区块链(Blockchain)技术得到广泛关注和发展。区块链,又称为“分布式账本”,是一种去中心化、集体维护分布式账本的技术方案,其本质是由多个节点集体参与的分布式数据库系统。利用区块链技术维护一个可靠的、难以篡改的账本记录,可以降低信任的风险,并能有效的降低维护成本。
IPFS(InterPlanetary File System)是一个点对点的分布式文件系统,没有存储上的限制。并且大文件会被切分成小的分块,获取的时候可以从多个服务器同时获取。IPFS的网络是不固定的、细粒度的、分布式的网络,减少了单点故障带来的风险。
ABE(Attribute-based Encryption)是基于属性的加密,一个AttributeAuthority负责分发密钥给用户。密钥包含用户拥有的属性和一个私钥。数据的拥有者通过密钥对数据进行加密;数据的请求者向Attribute Authority申请自己的密钥,只有申请到的密钥中的属性和私钥同自身的属性和私钥相匹配后,才能解密查看数据。
传统的机动车违章记录存储方法是通过一个中心数据库来实现。但是,中心化的服务器存在单点故障的问题,从而导致数据的丢失甚至泄露。影响较大的事故包括2005年北京交管局数据库故障致违章查询记录归零2小时,2011年宿州3名不法分子侵入交警数据库删违章记录牟利。这两起事件都充分暴露出传统以中心化的数据库存储的弊端。另外,传统的违章记录管理系统中的数据是可篡改的,并且难以追溯责任,一旦有不法分子修改了数据库中的违章记录,很难被察觉,因此导致了部分机动车主通过贿赂等手段非法修改违章记录而不受惩罚。其次,传统的违章记录管理系统依赖于数据库技术,随着全国机动车数量的飞增,违章记录的不断增多,传统数据库模式所需的维护成本在逐步提高,消耗大量资源。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,基于区块链的去中心化、安全稳定、不可篡改且公开透明四大性质来解决传统依赖于中心化服务器的机动车违章管理系统存在单点故障,易被私自篡改以及责任追究困难等问题,并且通过ABE加密的方式来保证个人隐私的安全性。
本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,包括:
步骤一、建立基于区块链和云平台的机动车违章管理系统框架,整体系统分为三层架构:应用层、区块链层,云存储层;
步骤二、建立基于区块链技术的机动车违章管理系统,设计可供用户操作的智能合约模型,用于用户身份认证和违章记录管理;
步骤三、基于通用的区块链平台,部署智能合约;封装机动车违章管理所需的各个功能的接口,并通过全网众多节点(peer)对智能合约达成共识;
步骤四、构造基于区块链技术的写入违章记录状态机模型(FSM),用于响应用户的操作,并同步数据到区块链;
步骤五、构建基于数字货币形式的违章罚款缴纳模型,通过区块链平台,实现以数字货币的形式缴纳违章罚款;
步骤六、构建基于区块链的责任追究模型,利用区块的链式关系进行回溯。
优选的,步骤一所述的三层架构为:应用层,区块链层,云存储层;应用层面向用户,负责业务逻辑交互,区块链层储存违章记录经降维后形成的哈希值,云存储层保存其余详细数据;通过文件读写转换协议实现区块链中违章记录的哈希值与云平台上的详细内容一一对应。
优选的,步骤二所述基于区块链技术的机动车违章管理系统通过设计一套面向身份认证和违章管理的智能合约来实现,所述智能合约是一套以数字形式定义的承诺(promises),参与双方可通过智能合约达成协议。
优选的,步骤二所述智能合约模型实现的功能如下:
1)驾驶员信息合约,负责驾驶员的身份认证,包括驾驶员身份证、驾照、违章记录、违章申诉记录和缴纳罚款记录;
2)管理员信息合约,负责系统管理员身份认证,包括管理员身份证信息、管理员编号、操作记录;
3)管理员-驾驶员关系合约,此合约实现管理员和驾驶员之间的交互,包括违章记录登记、违章罚款提交、违章申诉、责任追溯等功能。
优选的,步骤二所述用户身份认证中,用户的身份证信息以及驾照信息采用ABE加密算法进行加密,ABE是基于属性的加密方法,用户的隐私数据加密时,需设置只有具有管理员属性的用户才能解密查看,加密完成后存储至远端云平台上。
优选的,步骤三所述的具体实现过程如下:对现有的开源区块链平台进行评估,选取吞吐量大、节点数达一定规模的区块链平台(如以太坊,超级账本等),搭建平台所需开发环境,部署智能合约。
优选的,步骤四所述的违章记录状态机有以下5种状态:
1)违章记录待写入;
2)违章记录写入中;
3)违章记录写入成功;
4)违章记录查询中;
5)违章记录查询成功;
其中1)—3)的状态变更只有管理员才能对其进行操作,4)和5)则允许驾驶员进行操作。
优选的,步骤五所述违章缴费过程如下:驾驶员使用数字货币缴纳罚款,交易信息会在区块链网络进行全网广播,矿工们会将网络中未被记账的交易打包成区块作为确认,确认完毕后则转账成功。
优选的,步骤六所述的责任追究模型:利用区块链的链式关系进行回溯,一旦区块链中数据遭到非法篡改,可以通过区块链中的历史记录迅速追溯到该非法行为并进行曝光,使得违法行为无处藏匿。
一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,有如下操作步骤:
S1、驾驶员需通过本系统进行身份认证,上传身份证,驾照等信息,上传的数据经ABE加密后分别存储到区块链与云平台上。
S2、管理员账号由地方政府根据需求进行分配,分配到管理员账号的工作人员需要上传自己的身份信息进行认证,上传的数据经ABE加密后分别存储到区块链与云平台上。
S3、管理员将驾驶员的违章记录同时录入到区块链和云存储层,区块链中存储的是违章记录的哈希值,其余详细的数据保存至云存储层。
S4、驾驶员通过本系统查询到自身的违章记录,驾驶员可以选择缴纳罚款或进行申诉。罚款需以数字货币的形式进行缴纳,并向区块链网络进行广播。申诉需通过正当的法律评估后由管理员确定结果。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明不依赖于中心化服务器,安全稳定,能够避免单点故障带来的损失,并且降低了系统的维护成本。
2、本发明基于区块链技术不可篡改和可追溯的特性,确保车辆信息和违章记录的安全可靠,有效防止数据遭到非法篡改。
3、本发明结合分布式存储IPFS协议,减少区块链中存储的数据量,提高了系统的读写效率。
4、本发明使用ABE对个人隐私数据加密,只有拥有管理员属性的用户有权对数据进行解密,确保数据仅向相关政府部门公开而不对普通用户公开,提高了数据的安全性。
附图说明
图1是实施例基于区块链技术的机动车违章记录管理系统模型示意图。
图2是实施例基于区块链技术的机动车违章管理系统架构图。
图3是实施例IPFS储存方式架构图。
图4是实施例基于区块链技术的机动车违章管理系统客户端说明图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方案具体有以下步骤:
(1)基于区块链技术的机动车违章记录系统设计框架。
本框架具体分为:应用层,区块链层和云存储层。隔离开来的云存储层和区块链层分别负责不同的功能模块,也拥有不同的操作权限。具体如附图2所示。
应用层:属于本系统的顶层,负责对智能合约进行编译部署,使用者只需通过平台上的教程进行操作,无需了解智能合约的具体内容,就能够使用本系统。同时,应用层为用户提供违章记录查询与违章缴费功能,并且为管理员提供违章记录管理,罚款收取等功能,用户可直接通过应用层进行相关操作。
区块链层:属于本系统中层,区块链层使用以太坊平台进行开发,并使用区块链语言Solidity编写智能合约。应用层中经过编译产生的合约通过RPC接口传入区块链层,通过矿工确认合约的有效性,一旦确认成功则将数据的哈希值(hash)写入到区块链层,同时,将详细数据写入到云存储层,区块链层则通过共识算法(POW,POS等)来确保每个节点数据的一致性。
云存储层:属于本系统最底层,本发明利用开源的IPFS(InterPlanetary FileSystem)存储方式(如附图3所示),通过区块链层中记录的数据哈希值来核对云存储层中数据的完整性和真实性,从而减小区块链层的数据存储量,提高了本系统数据的读写效率。
(2)使用区块链语言Solidity开发智能合约并在以太坊平台进行部署,具体合约内容如下所示:
1)驾驶员信息合约包含以下信息:驾驶员身份证,驾照,违章记录,违章申诉记录和缴纳罚款记录,驾驶员通过本系统提交身份证和驾照信息,经由管理员校验无误后,即可通过身份信息登录本系统进行违章查询等相关操作。
2)管理员信息合约包含以下信息:管理员身份证信息,管理员编号,操作记录。管理员通过本系统上传身份证信息,通过政府部门审核后,获得一个管理员编号,即可登录本系统进行违章记录登记等相关操作。
3)管理员-驾驶员关系合约,此合约实现管理员和驾驶员之间的交互,管理员可通过此合约进行违章记录登记,违章罚款查收,责任追溯的功能;驾驶员可通过此合约进行违章记录查询,罚款提交,违章申诉的功能。
(3)设计可供用户操作的智能合约模型
如附图4所示,本发明将设计好的三种智能合约的对外接口进行封装,开发用于与用户进行交互的客户端界面,支持用户进行写入、查询、更新等操作。用户只需通过浏览器打开本系统的网址即可进行操作。
(4)使用以太坊区块链平台和IPFS来存储违章记录的数据,区块链中储存违章记录经降维后形成的哈希值,IPFS存储违章记录的详细数据。
(5)对驾驶员的身份证,驾照等涉及个人隐私的数据进行ABE加密,ABE是基于属性的加密方法,驾驶员向Attribute Authority申请一个密钥,密钥中包含一个私钥和用户的属性,将属性设置为管理员,并使用该密钥进行加密。管理员只需向Attribute Authority申请自己的密钥即可查看驾驶员的隐私数据,而其他人则无法查看。
(6)构建基于以太币形式的违章罚款缴纳系统,驾驶员创建属于自己的以太坊钱包,并且可通过Ethereum Wallet客户端缴纳罚款,缴纳的罚款经由矿工打包成区块进行确认,确认成功后转入政府部门的以太坊钱包中。
(7)构建责任追究功能:利用区块链的链式关系进行回溯,一旦区块链中数据遭到非法篡改,系统将通过区块链中的历史记录迅速追溯到该非法行为并进行曝光,使违法行为无处藏匿。
本系统可以为政府提供一套全新的车辆违章管理方案,从而转向商用。政府只需维护区块部分,保证违章记录正常写入区块即可,其他详细数据利用第三方云平台进行存储。基于区块链的不可篡改性,不需要担心不法分子篡改数据,既降低了传统存储模式的维护成本,同时确保了数据的可靠性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,包括:
步骤一、建立基于区块链和云平台的机动车违章管理系统框架,整体系统分为三层架构:应用层、区块链层、云存储层;
步骤二、建立基于区块链技术的机动车违章管理系统,设计可供用户操作的智能合约模型,用于用户身份认证和违章记录管理;
步骤三、基于通用的区块链平台,部署智能合约;封装机动车违章管理所需的各个功能的接口,并通过全网众多节点对智能合约达成共识;
步骤四、构造基于区块链技术的写入违章记录状态机模型,用于响应用户的操作,并同步数据到区块链;
步骤五、构建基于数字货币形式的违章罚款缴纳模型,通过区块链平台,实现以数字货币的形式缴纳违章罚款;
步骤六、构建基于区块链的责任追究模型,利用区块的链式关系进行回溯。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,应用层面向用户,负责业务逻辑交互;区块链层储存违章记录经降维后形成的哈希值;云存储层保存其余详细数据;通过文件读写转换协议实现区块链中违章记录的哈希值与云平台上的详细内容一一对应。
3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤二所述基于区块链技术的机动车违章管理系统通过设计一套面向身份认证和违章管理的智能合约来实现,所述智能合约是一套以数字形式定义的承诺,参与双方可通过智能合约达成协议。
4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤二所述智能合约模型实现的功能如下:
1)驾驶员信息合约,负责驾驶员的身份认证,包括驾驶员身份证、驾照、违章记录、违章申诉记录和缴纳罚款记录;
2)管理员信息合约,负责系统管理员身份认证,包括管理员身份证信息、管理员编号、操作记录;
3)管理员-驾驶员关系合约,此合约实现管理员和驾驶员之间的交互,包括违章记录登记、违章罚款提交、违章申诉、责任追溯功能。
5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤二所述用户身份认证中,用户的身份证信息以及驾照信息采用ABE加密算法进行加密,ABE是基于属性的加密方法,用户的隐私数据加密时,需设置只有具有管理员属性的用户才能解密查看,加密完成后存储至远端云平台上。
6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤三所述的具体实现过程如下:对现有的开源区块链平台进行评估,选取吞吐量大、节点数达一定规模的区块链平台,搭建平台所需开发环境,部署智能合约。
7.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤四所述的违章记录状态机有以下5种状态:
1)违章记录待写入;
2)违章记录写入中;
3)违章记录写入成功;
4)违章记录查询中;
5)违章记录查询成功;
其中1)—3)的状态变更只有管理员才能对其进行操作,4)和5)则允许驾驶员进行操作。
8.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤五所述违章缴费过程如下:驾驶员使用数字货币缴纳罚款,交易信息会在区块链网络进行全网广播,矿工们会将网络中未被记账的交易打包成区块作为确认,确认完毕后则转账成功。
9.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,步骤六所述的责任追究模型:利用区块链的链式关系进行回溯,一旦区块链中数据遭到非法篡改,可以通过区块链中的历史记录迅速追溯到该非法行为并进行曝光,使得违法行为无处藏匿。
10.根据权利要求1所述的基于区块链技术的机动车违章管理系统建设方法,其特征在于,系统有如下操作步骤:
S1、驾驶员需通过本系统进行身份认证,包括上传身份证、驾照信息,上传的数据经ABE加密后分别存储到区块链与云平台上;
S2、管理员账号由地方政府根据需求进行分配,分配到管理员账号的工作人员需要上传自己的身份信息进行认证,上传的数据经ABE加密后分别存储到区块链与云平台上;
S3、管理员将驾驶员的违章记录同时录入到区块链和云存储层,区块链中存储的是违章记录的哈希值,其余详细的数据保存至云存储层;
S4、驾驶员通过本系统查询到自身的违章记录,驾驶员可以选择缴纳罚款或进行申诉;罚款需以数字货币的形式进行缴纳,并向区块链网络进行广播;申诉需通过正当的法律评估后由管理员确定结果。
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