CN109726887B - 基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统及方法 - Google Patents

基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统及方法 Download PDF

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CN109726887B CN201811189392.5A CN201811189392A CN109726887B CN 109726887 B CN109726887 B CN 109726887B CN 201811189392 A CN201811189392 A CN 201811189392A CN 109726887 B CN109726887 B CN 109726887B
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Abstract

本发明属于传输控制规程，例如数据链级控制规程技术领域，公开了一种基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统及方法；矿工发现区块链网络中的其他矿工节点，下载区块链内容，共同搭建区块链系统；用户通过矿工将任务发布到区块链上，矿工招募工作节点完成对应的任务；反馈信息的采集与信任评估：任务完成后，矿工收集参与该任务的各个节点的反馈信息，并完成对这些节点的信任评估工作；区块的生成与选择：矿工检查区块上的信息是否满足生成新区块的条件，如果满足则生成新区块，并将区块在区块链网络中广播以达成一致性。本发明不依赖链上货币的存在来实现对矿工的激励机制以及系统安全；解决的现有区块链技术存在的分叉难题；执行效率高。

Description

基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统及方法
技术领域
本发明属于传输控制规程，例如数据链级控制规程技术领域，尤其涉及一种基于区块链的移动众包数据处理系统及方法、计算机。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：移动众包(Mobile Crowdsourcing,MCS)是一种将移动设备作为传感器来采集数据的数据采集和处理系统。MCS直接借助于移动设备来进行数据采集，具有成本低、感知范围更大、灵活性高以及不需要预先部署等优点，因而得到了学术界和工业界的青睐和广泛关注。然而，由于MCS中采集的数据通常关乎数据采集者或采集对象的隐私，MCS的安全和隐私保护成为关乎其发展的重要问题。作为一种新型的数据采集手段，MCS具有开放性、移动性、动态拓扑、普适性等特点。因此，传统的安全手段不能有效的保护MCS的安全与隐私。现有的MCS的安全方案主要集中在工作节点的选择与激励机制、信任管理、访问控制以及真值估计等方面。这些方案通常采用同态加密来保证用户的个人信息以及数据隐私，并通过博弈论的方法促使每个系统实体系统博弈中最终选择诚实行为策略。然而，现有的MCS安全和隐私保护方案大都采用集中式的MCS架构，即存在假设的可信中心服务提供商来完成数据存储与处理、工作节点的选择与收益计算、信任管理和访问控制，其安全完全依赖于中心实体的可信性与可靠性。然而，集中式架构很容易发生单点故障问题，不诚实的中心实体执行恶意行为很难被检测，一旦中心服务提供商被攻击者攻破，将导致数据泄露等一系列严重的问题，整个MCS系统会全面瘫痪，从而给MCS系统的安全、隐私和信任带来严峻的挑战。尽管一些方案针对服务提供商的不可信问题进行了相关的研究，然而这些方案针对的是集中式场景，如何构建分布式的MCS系统，尚缺乏相应的研究。由于区块链的不可篡改的特性，且其可信性不依赖某一中心实体，人们提出了基于区块链的智能合约平台。第一个基于区块链的智能合约平台以太坊(Ethereum)，于2015年建立。以太坊采用股权证明(ProofofStake,PoS)机制来达到一致性。同PoW相比，PoS具有较高的效率和较低的资源浪费。智能合约的提出，使区块链的应用从加密货币扩展到知识产权、数字资产、证券、数字身份等领域，并被迅速应用到数据管理、物联网、医疗等多个领域。将区块链同MCS结合，构建去中心化的MCS系统，能够有效的解决解决集中式MCS中存在的单点故障等安全难题。然而，区块链面临着分叉、效率较低等难题，因而不能直接用于MCS系统的搭建。
现有对基于区块链的移动众包系统的相关研究相对较少。基于区块链和智能合约的移动众包系统，基于区块链构建了去中心化的移动众包平台以避免单点故障等问题。通过使用假名和加密以保护用户的个人身份隐私以及数据隐私。该方案通过智能合约代替集中式的服务提供商完成工作节点选择、任务分配、真值估计等问题。此外，零知识证明用以验证数据处理的结果，从而保证节点的可信性。该方案的主要缺点是采用现有的区块链平台，因而在吞吐量和执行效率较低，无法支持大规模的移动众包的任务执行，且无法应用于移动平台。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)集中式的移动中报系统中存在服务提供商服务节点选择、任务分配、收益计算以及数据处理等工作，服务提供商可能出于自身利益衡量做出不诚实的行为，例如不诚实的选择工作节点，恶意降低工作节点的利益，向移动众包用户虚报工作报酬，从而侵害工作节点和用户的利益，降低服务质量，并使系统的可信性差。
(2)现有的公有区块链技术存在吞吐量低、计算开销大。
解决上述技术问题的难度和意义：
技术难度：
技术难度主要体现在：现有的区块链面临的效率低、吞吐量小或可扩展性差等缺点，无法直接用于建立实际可用的移动众包系统；分布式的移动众包系统由于缺乏可信中心实体，如何鼓励节点执行可信行为以及抵抗不诚实行为，是实现分布式的可信移动众包系统的另一难点；在分布式环境中实现精确的信任评估，面临着不准确的反馈数据对信任评估精确度的不利影响；在不依赖链上货币的前提下，如何实现对共识节点的激励，鼓励共识节点执行可信行为并积极参与区块链的发展与维护，是亟待解决的难题。
意义：
采用分布式网络结构，系统的安全和可信不依赖于某一实体的可信，而是采用区块链系统来保证协议的可信的执行，具有较高的安全性与可信性；区块链系统提供对系统工作过程中涉及的协议、算法的可信执行，并提供验证机制。提出的方案优化了区块生成的效率，降低了设备的计算开销，因而能够有效的应用在移动设备；采用同态加密、代理同态加密、属性加密等加密方案，在保护数据隐私的同时，能够支持灵活的数据访问与数据处理，隐私性和灵活性高；引入信任管理机制，对节点的信任进行评估，有效的抵抗节点的不可信行为，提高了服务质量。综上所述，该专利对于建立高效、可信、安全的具有隐私保护的移动众包系统具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统及方法。
本发明是这样实现的，一种基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统，所述基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统包括：
共识节点节点初始化模块，用于下载区块链内容，共同搭建区块链系统；
任务的发布与完成模块，用于用户通过共识节点将任务发布到区块链上，共识节点招募工作节点完成对应的任务；
反馈信息的采集与信任评估模块，用于任务完成后，共识节点收集参与该任务的各个节点的反馈信息，并完成对节点的信任评估工作；
区块的生成与选择模块，用于共识节点检查区块上的信息是否满足生成新区块的条件，如果满足则生成新区块，并将区块在区块链网络中广播以达成一致性。
进一步，所述移动众包任务完成包括：
1)MCS用户i向区块链发布任务请求TRi、公钥PKi以及签名SIG(H(TRi)，SKi)，其中，任务请求TRi由一系列子任务STRs，i，s＝1，......,S组成，每个STRs，i包含对该子任务内容的描述
Figure GDA0004162609050000041
任务需求/>
Figure GDA0004162609050000042
加密密钥/>
Figure GDA0004162609050000043
用于上传/存储执行结果的网络位置/>
Figure GDA0004162609050000044
对执行结果的质量需求/>
Figure GDA0004162609050000045
子任务完成截止时间/>
Figure GDA0004162609050000046
以及该子任务完成的最小报酬/>
Figure GDA0004162609050000047
其中，/>
Figure GDA0004162609050000048
指明节点需要提供的证书，
Figure GDA0004162609050000049
用于保护任务执行结果；证书存储在区块链中且所有节点都能够访问并验证证书的有效性；共识节点验证任务请求的有效性并将有效的任务请求发布在区块链上；
2)工作节点生成竞拍信息
Figure GDA00041626090500000410
并使用自己的私钥对竞拍信息的签名/>
Figure GDA00041626090500000411
并将信息发送给共识节点以提交对子任务的申请；/>
Figure GDA00041626090500000412
包含必备的证书Certj以及期望的工作报酬/>
Figure GDA00041626090500000413
3)用户验证竞拍信息
Figure GDA00041626090500000414
的签名以及证书Certj的有效性来验证竞拍信息的有效性；验证通过后，根据竞拍信息提供者的在共识节点、用户或工作节点信任值以及节点的期望报酬，选择工作节点并将分配对应的子任务；
4)用户将节点选择与任务分配的结果
Figure GDA00041626090500000415
以及使用自己私钥生成的签名SIG(H(TRi)，SKi)发送给共识节点，共识节点验证信息的有效性并将它们公布在区块链身上；
5)工作节点如果决定最终接收任务，则将确认信息
Figure GDA0004162609050000051
以及签名通过共识节点发布在区块链上；在一个任务中，步骤2)～5)会重复执行多次以获取到足够数量的满足任务完成需求的工作节点；共识节点会最终验证分配结果以及确认信息的有效性，并将有效性验证结果发布在区块链上；
6)工作节点通过在截止时间之前完成承担的子任务，并将任务完成的结果使用用户指定的密钥
Figure GDA0004162609050000052
加密，并将加密后的执行结果发送到用户指定的网络位置
Figure GDA0004162609050000053
工作节点生成任务完成通知信息/>
Figure GDA0004162609050000054
证明该子任务已经完成；
7)用户i检查工作完成的质量，如果质量能够满足预定的要求
Figure GDA0004162609050000055
该用户向区块链发送支付通知信息/>
Figure GDA0004162609050000056
包含对节点j的工作报酬/>
Figure GDA0004162609050000057
以及支付给对应共识节点的服务费/>
Figure GDA0004162609050000058
如果质量不能满足预定要求，节点可以拒绝支付或要求任务重做；任务完成质量的鉴定由多个共识节点来完成，共识节点验证任务的完成情况并将验证结果发布在区块链上，其中，/>
Figure GDA0004162609050000059
计算公式为：
Figure GDA00041626090500000510
∈是用户与工作节点信任对工作节点收益的影响因子。
进一步，所述反馈信息收集与信任评估过程包括：
1)共识节点、用户以及工作节点同时发布对任务参与的其他节点在相关子任务中关于对应角色的反馈信息TEx→y，r，id；
2)共识节点在任务完成后的一定时间内收集相关反馈信息；当反馈信息收集完成后，共识节点根据采集到的反馈信息完成对相关节点的信任评估。
进一步，所述区块生成过程包括：
1)当共识节点记录的支付信息涉及的支付总额超过门限P时，则该共识节点发现一个新区块，共识节点发现新区快的收益为δ·P；
2)区块选择：当多个共识节点同时生成发现不同的新区块时，选择不同的区块；首先在该区块之前Nthres各区块中，同一共识节点被采纳的区块不允许超过
Figure GDA0004162609050000061
个，其中M是共识节点的总数量，c是相关参数；如果区块发现者发现的区块数目超过了该门限值，则丢弃该区块；如果两个区块发现者发现的区块数目都没有超过门限值，则执行以下操作；
3)计算共识节点的收益：共识节点的收益为所有用户支付的共识节点服务费的总和，共识节点提取
Figure GDA0004162609050000062
中支付给共识节点服务费用的信息/>
Figure GDA0004162609050000063
并计算总和/>
Figure GDA0004162609050000064
即为共识节点发现新区块的收入；
所述1)具体包括：
输入：记录集合
Figure GDA0004162609050000065
历史区块Bl(l＝1，......，k-1)；
输出：区块Bk，区块生成者的公钥PKx以及区块生成者对该区块内容CBk的签名；
当一系列任务执行完毕且完成反馈收集工作后；
If
Figure GDA0004162609050000066
do；
验证所有记录签名的正确性；
验证所有记录中包含的支付信息的支付总额是否满足生成新区块的门限值；
验证支付给上一区块，第k-1个区块的支付数额是否正确；
如果验证通过，执行以下步骤：
for j＝1，......，j；i＝1，......，I，Do
for r＝w，u，orm，respectively，Do
计算：dvi，j，r
搜索节点历史区块上最新的信任值；
计算TVj，r，k
将未记录在区块链上的记录打包为新区块Bk，并输出Bk，PKi以及对区块内容CBk的签名；
所述2)具体包括：
输入：共识节点Ni，Nj，区块生成的时间戳
Figure GDA0004162609050000071
输出：被选择的唯一确定区块；
检测Ni，Nj在之前Nthres个区块中生成的区块数量ni，nj；
Figure GDA0004162609050000078
全部大于/>
Figure GDA0004162609050000072
输出Null；；
else
Figure GDA0004162609050000079
只有一个大于/>
Figure GDA0004162609050000073
输出小于
Figure GDA0004162609050000074
的共识节点生成的区块；
else
Figure GDA0004162609050000075
输出生成时间较早的区块；
else
if TVi，m≠TVj，m，输出信任值较高的共识节点生成的区块；
else if TVi，m＝TVj，m输出历史收益较少的共识节点生成的区块；
else
输出公钥哈希值较大(或较小)的区块生成者生成的区块；
其中
Figure GDA0004162609050000076
SKx是第k个区块生成者的私钥，
Figure GDA0004162609050000077
是需要支付给第k-1个区块生成者的服务费，与其相关的所有任务都会被记录在新区块上。
进一步，所述信任评估过程包括：
1)共识节点收集各个节点对参与该次MCS任务的其他节点的反馈信息TEi→j，r，id并计算该反馈信息对反馈信息均值的偏差
Figure GDA0004162609050000081
其中/>
Figure GDA0004162609050000082
是根据子任务收益计算的反馈信息的权重，且收益越高，对应的权重越大。
2)针对节点的信任评估公式如下：
Figure GDA0004162609050000083
其中，参数τ是时间衰减参数，越早生成的信任信息对信任评估的影响越低；ki是几轮信任值
Figure GDA0004162609050000084
的区块编号。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于区块链的移动众包数据处理方法的计算机以及移动设备程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于区块链的移动众包数据处理方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机以及移动设备可读存储介质，包括指令，当其在计算机以及移动设备上运行时，使得计算机或移动设备执行所述的基于区块链的移动众包数据处理方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明基于信任的共识机制，以及基于该共识机制的轻量、高效的区块链系统；基于区块链系统的移动众包架构；基于区块链的信任评估机制；本发明对称加密：效率较高；基于属性的加密：能够根据用户需求设置不同的访问控制策略，灵活性高；同态加密：支持具有隐私保护的数据处理，即在不暴露数据内容的前提下，实现计算节点对数据的处理；代理同态加密：支持具有隐私保护的数据处理，且能够根据用户的访问策略限定其他节点对数据内容的访问。
同现有的区块链系统相比，本发明不依赖链上货币的存在来实现对共识节点的激励机制以及系统安全；设计区块选择算法，解决的现有区块链技术存在的分叉难题；设计了轻量级的区块链，执行效率高。
同现有的移动众包系统相比，本发明中的移动众包系统不存在一个可信的安全的实体，系统的安全性与可信性由区块链的一致性、可信性以及不可篡改特性实现，因而避免了因中心实体的不诚实行为的威胁；此外，由于不依赖中心实体，用户完成一个任务的成本相应的降低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于区块链的移动众包数据处理系统结构示意图；
图中：1、共识节点节点初始化模块；2、任务的发布与完成模块；3、反馈信息的采集与信任评估模块；4、区块的生成与选择模块。
图2是本发明实施例提供的基于区块链的移动众包数据处理方法流程图。
图3是本发明实施例提供的系统模型示意图。
图4是本发明实施例提供的MCS节点功能架构示意图。
图5是本发明实施例提供的区块结构示意图。
图6是本发明实施例提供的基于区块链的移动众包数据处理方法实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术作为激励以鼓励共识节点维护区块链系统；分叉难题，造成延迟以及计算资源的浪费；服务提供商可能出于自身利益衡量做出不诚实的行为；吞吐量低、计算开销大的问题。本发明不依赖链上货币的存在来实现对共识节点的激励机制以及系统安全；设计区块选择算法，解决的现有区块链技术存在的分叉难题；针对移动众包的特点，设计了基于信任的共识机制，基于提出的共识机制设计的区块链优化了效率和吞吐量。构建去中心化的移动众包系统，在不存在可信中心的前提下，实现移动众包系统的安全性与可信性。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于区块链的移动众包数据处理系统包括：
共识节点节点初始化模块1，用于下载区块链内容，共同搭建区块链系统；
任务的发布与完成模块2，用于用户通过共识节点将任务发布到区块链上，共识节点招募工作节点完成对应的任务；
反馈信息的采集与信任评估模块3，用于任务完成后，共识节点收集参与该任务的各个节点的反馈信息，并完成对这些节点的信任评估工作；
区块的生成与选择模块4，用于共识节点检查区块上的信息是否满足生成新区块的条件，如果满足则生成新区块，并将区块在区块链网络中广播以达成一致性。
如图2所示，本发明实施例提供的基于区块链的移动众包数据处理方法包括以下步骤：
S201：共识节点发现区块链网络中的其他共识节点节点，下载区块链内容，共同搭建区块链系统；
S202：用户通过共识节点将任务发布到区块链上，共识节点招募工作节点完成对应的任务；
S203：反馈信息的采集与信任评估：任务完成后，共识节点收集参与该任务的各个节点的反馈信息，并完成对这些节点的信任评估工作；
S204：区块的生成与选择：共识节点检查区块上的信息是否满足生成新区块的条件，如果满足则生成新区块，并将区块在区块链网络中广播以达成一致性。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
1、系统网络结构：
图3是方案系统模型。MCS系统中的节点通过分层的P2P网络连接在一起。主要分为三种，即工作节点、MCS用户以及共识节点。其中，共识节点负责维护和管理区块链系统、区块链记载与MCS服务相关的信息，构成MCS服务平台；所有的共识节点保存一份区块链信息的副本，并且能够访问链下信息。MCS用户可以是个人、组织或企业，他们通常缺乏大规模数据采集的能力，因而借助MCS采集数据或者完成某项工作；用户向区块链系统发布任务、任务执行方需要满足的条件以及任务完成的报酬；用户同时会向共识节点支付一定数额的报酬以激励共识节点执行可信以及高效的记录与验证。MCS工作节点是MCS任务的实际执行者，分为传感器节点、计算节点与存储节点，其具体区别在于执行任务的不同。其中，传感器节点将移动终端作为传感器，根据任务需求，采集任务所要求的图像、声音、温度、影像等信息，并将数据传递给存储节点或者直接发送给发布该任务的MCS用户；存储节点用于存储传感器节点上传的数据，并通过一定的访问控制方案保证数据安全；计算节点用于完成一定的计算任务或者完成传感器节点采集的数据的后期处理工作，并将处理结果发送给用户。
2、功能结构：
MCS系统中的每个节点都具有一定的功能模块，如图4所示。其中MCS应用用于实现MCS中最基本的功能，如任务请求、任务竞拍、任务分配、支付以及反馈收集。区块链UI用于系统区块链的一些信息；区块链管理器用于完成共识节点的任务，如区块生成、区块验证以及节点信任管理；节点管理器用于生成节点的个人公钥与私钥、数据散列值、数据完整性验证、签名的生成与验证。任务管理器用于任务信息的管理。所有与上述功能模块相关的信息会被存储在本地可信数据库中，包括区块链的最新信息、MCS本地数据以及个人公私钥。本发明假设本地可信数据库足够安全，且非授权实体无法访问该数据库内容。区块链可以同时接入云存储，即当本地存储介质容量不足时，可以将部分数据存储在云端。
在提出的方案中，区块的结构如图5所示，主要包括：
1)上一区块的唯一标识
Figure GDA0004162609050000121
通过计算第k-1个区块内容CBk-1的散列值得到；
2)当前区块生成时间的时间戳Tk；
3)一系列记录MCS任务及其执行状况的记录信息(TaskRecords)：包括务请求信息、任务分配信息、任务确认信息、任务执行结果以及支付相关的信息以及相关的反馈信息；由于不同节点在任务中承担的角色不同，对于某些节点的特定角色，对应的反馈信息可以为空；
4)信任值列表(TaskRecords)：记录所有节点在关于不同角色的信任值，任何与信任值相关的更新也会记录在该列表中；
5)支付信息(Payments)：用户对工作节点以及用户对共识节点的支付信息以及对应的签名。
3、工作流程；
(1)基于区块链的移动众包系统，如图6所示，运转流程主要包括以下步骤：
1)共识节点节点初始化：共识节点发现区块链网络中的其他共识节点节点，下载区块链内容，共同搭建区块链系统；
2)任务的发布与完成：用户通过共识节点将任务发布到区块链上，共识节点招募工作节点完成对应的任务；
3)反馈信息的采集与信任评估：任务完成后，共识节点收集参与该任务的各个节点的反馈信息，并完成对这些节点的信任评估工作；
4)区块的生成与选择：共识节点检查区块上的信息是否满足生成新区块的条件，如果满足则生成新区块，并将区块在区块链网络中广播以达成一致性。
(2)1)中共识节点节点的初始化，主要包括：
新结点加入区块链网络成为共识节点时，向其他共识节点发送请求下载历史区块链信息；
如果区块链尚未初始化，即不存在历史区块时，共识节点节点生成初始区块，并在初始区块的基础上进行生成新区块。
(3)2)中的移动众包任务完成，主要包括：
1)MCS用户i向区块链发布任务请求TRi、公钥PKi以及签名SIG(H(TRi)，SKi)，其中，任务请求TRi由一系列子任务STRs，i，s=1，......，S组成，每个STRs，i包含对该子任务内容的描述
Figure GDA0004162609050000131
任务需求/>
Figure GDA0004162609050000132
加密密钥/>
Figure GDA0004162609050000133
用于上传/存储执行结果的网络位置/>
Figure GDA0004162609050000134
对执行结果的质量需求/>
Figure GDA0004162609050000135
子任务完成截止时间/>
Figure GDA0004162609050000136
以及该子任务完成的最小报酬/>
Figure GDA0004162609050000137
其中，/>
Figure GDA0004162609050000138
指明节点需要提供的证书，/>
Figure GDA0004162609050000139
用于保护任务执行结果。证书存储在区块链中且所有节点都能够访问并验证证书的有效性。共识节点验证任务请求的有效性并将有效的任务请求发布在区块链上。
2)工作节点生成竞拍信息
Figure GDA00041626090500001310
并使用自己的私钥对竞拍信息的签名/>
Figure GDA00041626090500001311
并将这些信息发送给共识节点以提交对子任务的申请。/>
Figure GDA00041626090500001312
包含必备的证书Certj以及期望的工作报酬/>
Figure GDA00041626090500001313
3)用户验证竞拍信息
Figure GDA00041626090500001314
的签名以及证书Certj的有效性来验证竞拍信息的有效性。验证通过后，根据竞拍信息提供者的在相关角色(共识节点、用户或工作节点)信任值以及节点的期望报酬，选择合适的工作节点并将分配对应的子任务；
4)用户将节点选择与任务分配的结果
Figure GDA00041626090500001315
以及使用自己私钥生成的签名SIG(H(TRi)，SKi)发送给共识节点，共识节点验证这些信息的有效性并将它们公布在区块链身上；
5)工作节点如果决定最终接收任务，则将确认信息
Figure GDA0004162609050000141
以及签名通过共识节点发布在区块链上。在一个任务中，步骤2)～5)会重复执行多次以获取到足够数量的满足任务完成需求的工作节点。在具体的任务分配结果以及分配结果确认上传到区块链之前，工作节点和用户之间可以进行相关协商。共识节点会最终验证分配结果以及确认信息的有效性，并将有效性验证结果发布在区块链上；
6)工作节点通过在截止时间之前完成承担的子任务，并将任务完成的结果使用用户指定的密钥
Figure GDA0004162609050000142
加密，并将加密后的执行结果发送到用户指定的网络位置
Figure GDA0004162609050000143
工作节点生成任务完成通知信息/>
Figure GDA0004162609050000144
证明该子任务已经完成；
7)用户i检查工作完成的质量，如果质量能够满足预定的要求
Figure GDA0004162609050000145
该用户向区块链发送支付通知信息/>
Figure GDA0004162609050000146
包含对节点j的工作报酬/>
Figure GDA0004162609050000147
以及支付给对应共识节点的服务费/>
Figure GDA0004162609050000148
如果质量不能满足预定要求，节点可以拒绝支付或要求任务重做。任务完成质量的鉴定由多个共识节点来完成，共识节点验证任务的完成情况并将验证结果发布在区块链上，其中，/>
Figure GDA0004162609050000149
计算公式为：
Figure GDA00041626090500001410
∈是用户与工作节点信任对工作节点收益的影响因子。
(4)中3)所示的反馈信息收集与信任评估过程，主要包括：
1)共识节点、用户以及工作节点同时发布对任务参与的其他节点在相关子任务中关于对应角色的反馈信息TEx→y，r，id；
2)共识节点在任务完成后的一定时间内收集相关反馈信息；当反馈信息收集完成后，共识节点根据采集到的反馈信息完成对相关节点的信任评估。
(5)中4)所示的区块生成过程，主要包括：
1)当共识节点记录的支付信息涉及的支付总额超过门限P时，则该共识节点发现一个新区块，共识节点发现新区快的收益为δ·P，具体流程如算法1所示。
Figure GDA0004162609050000151
2)区块选择：当多个共识节点同时生成发现不同的新区块时，本发明设计了算法2用以选择不同的区块，从而避免区块链分叉现象的发生。为了保证去中心化，本发明首先在该区块之前Nthres各区块中，同一共识节点被采纳的区块不允许超过
Figure GDA0004162609050000152
个，其中M是共识节点的总数量，c是相关参数。如果区块发现者发现的区块数目超过了该门限值，则丢弃该区块。如果两个区块发现者发现的区块数目都没有超过门限值，则执行以下操作。首先，最早被发现的区块会被优先选择，这有利于区块链生成的高效；其次，为了防止不同共识节点同时发现不同区块，信任值越高的共识节点发现的区块的拥有更高的优先级；第三，当两个区块发现时间相同，且两个区块发现者的信任值相同时，则比较两个共识节点的通过生成区块的历史总收益的大小，且收益较少的共识节点拥有更高的优先级，从而有效的抵抗区块链被少两节点控制并保证去中心化；第四，如果通过前三条原则仍然无法确认哪块区块被接收，则比较两个共识节点的公钥哈希值大小，并规定公钥较大(或较小)的共识节点生成的区块胜出。此外，算法2保证了即使多个区块同时被发现，只有一个区块会被采纳为下一区块，防止区块链分叉状况的发生。/>
Figure GDA0004162609050000161
其中
Figure GDA0004162609050000162
SKx是第k个区块生成者的私钥，
Figure GDA0004162609050000163
是需要支付给第k-1个区块生成者的服务费，
与其相关的所有任务都会被记录在新区块上。
3)计算共识节点的收益：共识节点的收益为所有用户支付的共识节点服务费的总和，共识节点提取
Figure GDA0004162609050000164
中支付给共识节点服务费用的信息/>
Figure GDA0004162609050000165
并计算总和/>
Figure GDA0004162609050000166
即为共识节点发现新区块的收入。为了鼓励共识节点之间的协作，发现区块的收益能够在任务执行过程中负责消息验证的共识节点之间共享。任务执行过程中的消息只有被超过半数的共识节点验证为有效并被记录在区块链上后才被认为是有效的。发现区块的收益可以在共识节点之间进行共享，各个共识节点获取的收益值则根据其在任务完成过程中验证信息的贡献的多少来确定。因此，即使一些共识节点没有发现新的区块，他们仍能从MCS活动中获得收益。
(6)3)所示的信任评估过程，主要包括：
1)共识节点收集各个节点对参与该次MCS任务的其他节点的反馈信息TEi→j，r，id并计算该反馈信息对反馈信息均值的偏差
Figure GDA0004162609050000171
其中
Figure GDA0004162609050000172
是根据子任务收益计算的反馈信息的权重，且收益越高，对应的权重越大。
2)针对节点的信任评估公式如下：
Figure GDA0004162609050000173
其中，参数τ是时间衰减参数，越早生成的信任信息对信任评估的影响越低。ki是几轮信任值
Figure GDA0004162609050000174
的区块编号。此外，本发明使用1-dvi，j，r来评估TEi→j，r，id的可信程度以抵抗坏嘴攻击以及恶意节点或者不诚实节点的评估信息对信任评估精确度的不利影响。
表1：符号说明与定义
Figure GDA0004162609050000175
Figure GDA0004162609050000181
表1总结了方案设计中使用的一些符号以及定义，对于其中的一些符号，本发明给出了如下具体的定义：
Figure GDA0004162609050000182
/>
Figure GDA0004162609050000183
Figure GDA0004162609050000184
Figure GDA0004162609050000185
为子任务需要满足的需求，包括用于证明工作节点自身属性能够满足任务需求的证书、工作节点需要满足的属性以及位置要求、数据加密密钥、以及任务完成的介质时间。
Figure GDA0004162609050000191
是节点Nj′对子任务/>
Figure GDA0004162609050000192
的竞拍信息，包含证书Certj、完成该子任务的预期收入/>
Figure GDA0004162609050000193
N′j使用自己的私钥对竞价信息进行签名，生成签名/>
Figure GDA0004162609050000194
Figure GDA0004162609050000195
Figure GDA0004162609050000196
Figure GDA0004162609050000197
Figure GDA0004162609050000198
其中
Figure GDA0004162609050000199
为实际报酬的多少：
Figure GDA00041626090500001910
其中，
Figure GDA00041626090500001911
是节点x对节点y关于在子任务/>
Figure GDA00041626090500001912
中扮演的角色r的质量的反馈。对于记录/>
Figure GDA00041626090500001913
的散列值存储在区块链上，其具体内容可以在链下进行存储。
具体实施例：
1.环境图像数据采集与处理
一个用户需要采集某一地区的环境图像，并进行相应的处理操作以提取相关信息，则通过客户端向一共识节点发布任务请求，任务请求应当包含对该任务的描述、工作节点的需求、预期完成的质量、完成任务的报酬以及相关的处理算法，该共识节点将任务在区块链网络中广播，当该任务被包含在一个区块后，任务被认为正式发布，工作节点可以通过客户端向共识节点发布任务申请，任务请求中应包含工作节点的能力、相关属性及其证明以及工作节点期望的报酬。用户通过客户端读取所有工作节点的申请，并根据申请内容以及节点的信任选取一组工作节点并向他们分配相应的任务。任务分配结果被写入区块链后被认为正式生效，选中的工作节点开始执行任务，主要包括：选中的数据采集在制定位置收集任务所需的环境数据，并将数据上传到用户指定的存储节点或计算节点。计算节点获取数据后，根据用户发布的处理算法对数据进行处理，并将最终处理结果发送给用户。用户根据任务完成质量确定最终报酬以及支付给共识节点的服务费用。任务完成后，任务的各个参与方互相评分，评分记录在区块链上，共识节点根据链上信息完成对各方的信任评估。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统，其特征在于，所述基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统包括：
共识节点节点初始化模块，用于下载区块链内容，共同搭建区块链系统；
任务的发布与完成模块，用于用户通过共识节点将任务发布到区块链上，共识节点招募工作节点完成对应的移动众包任务；
反馈信息的采集与信任评估模块，用于任务完成后，共识节点收集参与该任务的各个节点的反馈信息，并完成对节点的信任评估工作；
区块的生成与选择模块，用于共识节点检查区块上的信息是否满足生成新区块的条件，如果满足则生成新区块，并将区块在区块链网络中广播以达成一致性；
所述移动众包任务完成包括：
1)MCS用户i向区块链发布任务请求TRi、公钥PKi以及签名SIG(H(TRi)，SKi)，其中，任务请求TRi由一系列子任务STRs.i，s＝1，......，S组成，每个STRs，i包含对该子任务内容的描述
Figure FDA0004162609040000011
任务需求/>
Figure FDA0004162609040000012
加密密钥/>
Figure FDA0004162609040000013
用于上传/存储执行结果的网络位置/>
Figure FDA0004162609040000014
对执行结果的质量需求/>
Figure FDA0004162609040000015
子任务完成截止时间/>
Figure FDA0004162609040000016
以及该子任务完成的最小报酬/>
Figure FDA0004162609040000017
其中，/>
Figure FDA0004162609040000018
指明节点需要提供的证书，/>
Figure FDA0004162609040000019
用于保护任务执行结果；证书存储在区块链中且所有节点都能够访问并验证证书的有效性；共识节点验证任务请求的有效性并将有效的任务请求发布在区块链上；
2)工作节点生成竞拍信息
Figure FDA00041626090400000110
并使用自己的私钥对竞拍信息的签名/>
Figure FDA00041626090400000111
并将信息发送给共识节点以提交对子任务的申请；/>
Figure FDA00041626090400000112
包含必备的证书Certj以及期望的工作报酬/>
Figure FDA00041626090400000113
3)用户验证竞拍信息
Figure FDA0004162609040000021
的签名以及证书Certj的有效性来验证竞拍信息的有效性；验证通过后，根据竞拍信息提供者的在共识节点、用户或工作节点信任值以及节点的期望报酬，选择工作节点并将分配对应的子任务；
4)用户将节点选择与任务分配的结果
Figure FDA0004162609040000022
以及使用自己私钥生成的签名SIG(H(TRi)，SKi)发送给共识节点，共识节点验证信息的有效性并将它们公布在区块链身上；
5)工作节点如果决定最终接收任务，则将确认信息
Figure FDA0004162609040000023
以及签名通过共识节点发布在区块链上；在一个任务中，步骤2)～5)会重复执行多次以获取到足够数量的满足任务完成需求的工作节点；共识节点会最终验证分配结果以及确认信息的有效性，并将有效性验证结果发布在区块链上；
6)工作节点通过在截止时间之前完成承担的子任务，并将任务完成的结果使用用户指定的密钥
Figure FDA0004162609040000024
加密，并将加密后的执行结果发送到用户指定的网络位置/>
Figure FDA0004162609040000025
工作节点生成任务完成通知信息/>
Figure FDA0004162609040000026
证明该子任务已经完成；
7)用户i检查工作完成的质量，如果质量能够满足预定的要求
Figure FDA0004162609040000027
该用户向区块链发送支付通知信息/>
Figure FDA0004162609040000028
包含对节点J的工作报酬/>
Figure FDA0004162609040000029
以及支付给对应共识节点的服务费/>
Figure FDA00041626090400000210
如果质量不能满足预定要求，节点可以拒绝支付或要求任务重做；任务完成质量的鉴定由多个共识节点来完成，共识节点验证任务的完成情况并将验证结果发布在区块链上，其中，/>
Figure FDA00041626090400000211
计算公式为：
Figure FDA0004162609040000031
∈是用户与工作节点信任对工作节点收益的影响因子。
2.如权利要求1所述的基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统，其特征在于，所述反馈信息收集与信任评估过程包括：
1)共识节点、用户以及工作节点同时发布对任务参与的其他节点在相关子任务中关于对应角色的反馈信息TEx→y，r，id；
2)共识节点在任务完成后的一定时间内收集相关反馈信息；当反馈信息收集完成后，共识节点根据采集到的反馈信息完成对相关节点的信任评估。
3.如权利要求1所述的基于区块链的移动众包数据处理系统，其特征在于，所述区块生成过程包括：
1)当共识节点记录的支付信息涉及的支付总额超过门限P时，则该共识节点发现一个新区块，共识节点发现新区快的收益为δ·P；
2)区块选择：当多个共识节点同时生成发现不同的新区块时，选择不同的区块；首先在该区块之前Nthres各区块中，同一共识节点被采纳的区块不允许超过
Figure FDA0004162609040000032
个，其中M是共识节点的总数量，c是相关参数；如果区块发现者发现的区块数目超过了该门限值，则丢弃该区块；如果两个区块发现者发现的区块数目都没有超过门限值，则执行以下操作；
3)计算共识节点的收益：共识节点的收益为所有用户支付的共识节点服务费的总和，共识节点提取
Figure FDA0004162609040000033
中支付给共识节点服务费用的信息/>
Figure FDA0004162609040000034
并计算总和
Figure FDA0004162609040000035
即为共识节点发现新区块收入；
所述1)具体包括：
输入：记录集合
Figure FDA0004162609040000036
历史区块Bl(l＝1，......，k-1)；
输出：区块Bk，区块生成者的公钥PKx以及区块生成者对该区块内容CBk的签名；
当一系列任务执行完毕且完成反馈收集工作后；
Figure FDA0004162609040000041
验证所有记录签名的正确性；
验证所有记录中包含的支付信息的支付总额是否满足生成新区块的门限值；
验证支付给上一区块，第k-1个区块的支付数额是否正确；
如果验证通过，执行以下步骤：
for j＝1，......，j；l＝1，......，I，Do
for r＝w，u，orm，respectively，Do
计算：dvi，j,r
搜索节点历史区块上最新的信任值；
计算TVj，r，k
将未记录在区块链上的记录打包为新区块Bk，并输出Bk，PKi以及对区块内容CBk的签名；
所述2)具体包括：
输入：共识节点Ni，Nj，区块生成的时间戳
Figure FDA0004162609040000042
输出：被选择的唯一确定区块；
检测Ni，Nj在之前Nthres个区块中生成的区块数量ni，nj；
Figure FDA0004162609040000047
全部大于/>
Figure FDA0004162609040000043
输出Null；
else if ni，nj只有一个大于
Figure FDA0004162609040000044
输出小于
Figure FDA0004162609040000045
的共识节点生成的区块；
else
Figure FDA0004162609040000046
输出生成时间较早的区块；
else
if TVi，m≠TVj，m，输出信任值较高的共识节点生成的区块；
else if TVi，m＝TVj，m输出历史收益较少的共识节点生成的区块；
else
输出公钥哈希值较大(或较小)的区块生成者生成的区块；
其中
Figure FDA0004162609040000051
SKx是第k个区块生成者的私钥，/>
Figure FDA0004162609040000052
是需要支付给第k-1个区块生成者的服务费，与其相关的所有任务都会被记录在新区块上。
4.如权利要求1所述的基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统，其特征在于，所述信任评估过程包括：
1)共识节点收集各个节点对参与该次MCS任务的其他节点的反馈信息TEi→j，r，id并计算该反馈信息对反馈信息均值的偏差
Figure FDA0004162609040000053
其中/>
Figure FDA0004162609040000054
是根据子任务收益计算的反馈信息的权重，且收益越高，对应的权重越大；
2)针对节点的信任评估公式如下：
Figure FDA0004162609040000055
其中，参数τ是时间衰减参数，越早生成的信任信息对信任评估的影响越低；ki是几轮信任值
Figure FDA0004162609040000056
的区块编号。
5.一种实现权利要求1～4任意一项所述基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统的计算机程序。
6.一种实现权利要求1～4任意一项所述基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统的信息数据处理终端。
7.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～4任意一项所述的基于区块链的移动众包数据数据采集与处理系统。
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