CN109978623B - 一种基于区块链的车联网信息共享激励方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，利用区块链技术，激励更多的车辆节点参与信息共享过程，并分享真实有效信息，从而提高车联网共享信息的及时性、正确性；采用群签名算法，可在保护参与信息共享过程的车辆节点隐私的情况下，实现追溯分享虚假信息的恶意节点，提高共享信息的可信度。本发明在车联网中普遍存在自私节点不愿共享信息、恶意节点提供虚假信息的情况下，能够激励节点主动参与信息共享过程，提供有价值的信息，从而提高信息服务质量。

Description

一种基于区块链的车联网信息共享激励方法

技术领域

本发明涉及一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，具体涉及群签名算法和区块链技术，为车联网中的信息共享提供激励方法，促使信息通信顺利进行，属于信息安全技术领域。

背景技术

车联网中的信息共享可以为用户在车辆行驶过程中获得实时道路安全信息和满意舒适的信息服务，然而车联网中存在的自私节点、恶意节点会为自身利益而拒绝共享信息或分享虚假信息，严重影响车联网的性能，降低信息服务的质量。由于基础设施的缺失，在超出车辆通信范围的远距离传输时，通信的顺利进行需要车联网中的节点参与数据发送、转发。但部分车辆节点会因共享过程无可获利益等原因而拒绝发送已知有效信息或分享恶意信息。因此，如何激励车辆共享有效信息，如何使用户享受更好的信息服务成为一个研究热点。

经对现有技术文献的检索发现，车联网环境下激励信息共享的方法主要有基于定价(Pricing-based)的激励机制方式、基于信誉(Reputation-based)的激励方式、基于博弈论(Game Theory)的激励方式。Zhu Y等人于2014年发表于《The 8th InternationalSymposium on IEEE Service Oriented System Engineering》的论文《Credit-basedincentives in vehicular ad hoc networks》中提出了利用节点的声誉值来刺激自私节点间的合作的方法。在杨树雪等人于2015年发表在《计算机科学与探索》的论文《基于博弈论的车联网双重激励数据转发机制》中提出了一种结合信誉重建机制和博弈论模型的双重激励机制，以此促进自私节点参与转发信息过程，然而基于博弈论的方法需要建立在很强的假设条件上，其实际应用性有待考量。Li，Lun等人发表于《Institute of Electricaland Electronics Engineers》的论文《A Privacy-Preserving BlockchainBasedIncentive Announcement Network for Communications of Smart Vehicles》提出了一种基于区块链的激励机制，该方法基于区块链技术和环签名算法，实现激励车辆参与通信过程，但是该方法复杂程度较高，追溯过程需要RSU或公共交通工具的参与，而部署RSU的昂贵费用使其存在一定的局限性，且该方法没有考虑用户主动共享信息的情况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种基于区块链的信息共享的激励方法的技术方案，节点在接受信息服务时需要支付虚拟货币，为其他节点提供数据分享时就能获得虚拟货币，所有交易在区块链上通过智能合约自动执行。该方法通过交易过程产生的收益激励用户主动分享或转发有效信息。

为实现上述目的，本发明首先由群管理员生成公共参数，服务平台显示接受信息服务的最低费用，提供信息分享的最低奖励以及实时的信息需求。用户可根据发现的信息或信息需求成为发起人，生成包含其签名的请求数据包，转发并邀请其他用户证实发起信息的正确性。用户为获得回复奖励，生成包含其签名的回复数据包并转发回发起人，当发起人收到达到阈值的回复数据包后，即可生成聚合数据包，转发给其他用户，任何收到聚合数据包的用户都可以成为验证者，验证其正确性，通过验证后，发起人可将聚合数据包发送至服务平台，由服务平台进行审核。审核通过，区块链上的智能合约可自动执行，请求者向服务平台支付费用，服务平台向发起人支付费用，发起人向回复者支付费用，以此过程达到激励用户参与信息共享过程的目的，并且出现如共享虚假消息等责任纠纷，可以追踪恶意群成员。

本发明的方法通过以下具体步骤实现：

S1.系统初始化

服务平台声明发起信息咨询需要支付的费用coin₁，以及提供可用信息可得到的奖励coin₂，其中coin₁、coin₂为最低阈值；群管理员GM建立车辆群资源G，由RSA算法计算产生相应的群公钥Gne和群私钥Gnd以及系统安全性参数α、λ、ε。

群管理员GM通过路旁单元将公开参数(n，e，G，g，α，λ，ε)公布给车联网中的车辆，并保存群私钥对Gnd，每个群成员U_i随机选择他的私钥

计算公钥y＝α^x(mod n)，z＝g^y，将y和z及对z的签名发送给GM以证明其拥有满足知识签名y＝α^x(mod n)的密钥x，GM验证收到的y和z的合法性，并保存参数对(y，z)，并发行可证明U_i身份的证书GC＝(y+1)^Gne(modn)，车辆也可对证书的合法性进行验证。

S2.车载单元生成请求数据包

当用户U₁发现事故信息或请求者发布需求信息时，若意愿成为发起人，则对具体情况进行事故描述，并选择所需回复包的阈值t，确定给回复者提供的奖励币coin₃，且做以下计算：

则U₁对消息msg的群签名即为

可得到请求数据包

广播此RQP邀请其他人进行验证。

S3.车载单元生成回复数据包

当用户U_j(j∈N^*)同意该消息，为获得发起人的奖励币，则回复此消息，从RQP接收

通过知识签名验证消息是否合法，若合法则U₁对消息msg的签名就是有效的；U_j同样采用知识签名对回复消息m签名，签名结果为

将

作为RPP，回复者将RPP转发回发起人。

S4.车载单元生成、验证、发送聚合数据包

发起人在转发RQP后，就等待RPP，一旦收到达到t的RPP，进行以下操作：将RPP中的签名与RQP中的签名相结合，生成AGP，

验证者可以通过知识签名，验证请求者与回复者的签名的正确性，若请求者与回复者的签名均有效，验证者则接受签名，AGP有效，发起人就可将确认过后的AGP转发至服务平台，服务平台进行审核，若通过审核，则将AGP中的msg进行公布。

S5.系统执行各项交易中的智能合约

服务平台与请求者、发起人的智能合约执行条件分别为：请求者获得信息服务，则请求者向服务平台提供费用coin₁；发起人在有效区域内分享信息，且该信息通过服务平台审核，则服务平台执行向发起人提供奖励币coin₂的条令。

发起人与回复者的智能合约执行条件：服务平台已与发起人达成交易，则发起人向回复者提供奖励币coin₃。

S6.系统通过群管理员追溯争议信息

若存在争议信息，则可通过群管理员进行追踪，群管理员遍历所有群成员，找到使签名公式

成立的成员参数，即为争议信息发起人或参与成员。

本发明的显著效果在于：针对车联网下的信息共享过程中，自私节点不愿共享信息、恶意节点分享虚假信息的问题，利用群签名算法和区块链技术，实现了通过虚拟货币交易激励车辆节点共享有效信息，同时通过群签名算法可追溯恶意信息共享者，且运用区块链技术保障交易过程的安全性。本发明旨在激励更多车辆节点参与信息共享过程，并分享真实有效信息，从而实现提高车联网通信的性能。

附图说明

图1基于区块链的车联网信息共享激励方式场景图。

具体实施方法

以下结合附表和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

为了更好地理解本实施例提出的方法，选取一次激励节点参与的交易过程。

如本发明方法应用场景(图1)所示，该系统包括安装在车辆上的车载单元和服务平台，车载单元与服务平台相连接，车载单元之间及车载单元与服务平台间的交易在区块链上进行，本实施例具体实施步骤如下：

S1.系统初始化

服务平台声明发起信息咨询需要支付的费用为1比特币，以及提供可用信息可得到的奖励2比特币，奖励和费用均为最低阈值；群管理员GM建立车辆群资源G，由RSA算法计算产生相应的群公钥Gne和群私钥Gnd以及系统安全性参数α、λ、ε。

群管理员GM通过路旁单元将公开参数(n，e，G，g，α，λ，ε)公布给车联网中的车辆，并保存群私钥对Gnd，每个群成员U_i随机选择他的私钥

计算公钥y＝α^x(mod n)，z＝g^y，将y和z及对z的签名发送给GM以证明其拥有满足知识签名y＝α^x(mod n)的密钥x，GM验证收到的y和z的合法性，并保存参数对(y，z)，并发行可证明U_i身份的证书GC＝(y+1)^Gne(modn)，车辆也可对证书的合法性进行验证。

S2.车载单元生成请求数据包

当用户U₁发现平台上有奖励任务，且处于请求路段，并意愿成为发起人，则对具体情况进行事故描述，并选择所需回复包的阈值t，确定给回复者提供的奖励币coin₃(0.5比特币)，且做以下计算：

则U₁对消息msg的群签名即为

可得到请求数据包

广播此RQP邀请其他人进行验证。

S3.车载单元生成回复数据包

用户U_j(j∈N^*)同意该消息，为获得发起人的奖励币，则回复此消息，从RQP接收

通过知识签名验证消息是否合法，若合法则U₁对消息msg的签名就是有效的；U_j同样采用知识签名对回复消息m签名，签名结果为

将

作为RPP，回复者将RPP转发回发起人。

S4.车载单元生成、验证、发送聚合数据包

发起人在转发RQP后，就等待RPP，一旦收到达到t的RPP，进行以下操作：将RPP中的签名与RQP中的签名相结合，生成AGP，

验证者可以通过知识签名，验证请求者与回复者的签名的正确性，若请求者与回复者的签名均有效，验证者则接受签名，AGP有效，发起人就可将确认过后的AGP转发至服务平台，服务平台进行审核，通过审核后将AGP中的msg进行公布。

S5.系统执行各项交易中的智能合约

服务平台与请求者、发起人的智能合约执行条件为：请求者获得信息服务，则请求者向服务平台提供费用1比特币；发起人在有效区域内分享信息，且该信息通过服务平台审核，则服务平台执行向发起人提供奖励币2比特币奖励的条令。

发起人与回复者的智能合约执行条件：服务平台已与发起人达成交易，则发起人向回复者提供奖励0.5比特币。

应用场景说明见表1和表2。

表1应用场景说明1

表2应用场景说明2

Claims (6)

1.一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，其特征在于：包括安装在车辆上的车载单元和服务平台，车载单元与服务平台相连接，车载单元之间及车载单元与服务平台间的交易在区块链上进行，具体包括以下步骤：

S1.服务平台声明发起信息咨询需要支付的费用coin₁，以及提供可用信息可得到的奖励coin₂，coin₁、coin₂为最低阈值，群管理员生成并公开系统公共参数；

S2.车载单元用户发现可提供信息服务的信息或在服务平台上发现信息需求，为获得奖励，则意愿成为发起人，并生成请求数据包，将其转发给其它证人，说明给回复者提供的奖励coin₃，邀请他们证实该信息；

S3.证人获得发起人的奖励币，若同意该信 息，则生成回复数据包并将其转发回发起人成为回复者；

S4.发起人收到达到阈值的回复数据包后，生成聚合数据包转发给其他用户，任何收到聚合数据包的用户都可以成为验证者，验证该聚合数据包的有效性，最后发起人将经过验证者确认的聚合数据包发送至服务平台，服务平台审核发起人主动分享的信息是否可利用；

S5.各参与方的货币交易，由区块链上的智能合约自动执行，包括发起人向回复者支付奖励币，服务平台向发起人支付奖励币，请求者向服务平台支付费用；

S6.若存在争议消息，则通过群管理员进行追踪，群管理员遍历所有群成员，找到使签名公式

成立的成员参数，λ₂是车载单元基于双离散对数和离散对数e次方根的知识签名，即为争议信息发起人或参与成员，找到虚假信息发起人及共享过程参与者。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，其特征在于所述步骤S1中群管理员生成公共参数过程包括：

S11.服务平台声明发起信息咨询需要支付的费用coin₁，以及提供可用信息可得到的奖励coin₂，其中coin₁、coin₂为最低阈值；

S12.群管理员GM建立车辆群资源G，由RSA算法计算产生相应的群公钥Gne和群私钥Gnd以及系统安全性参数α、λ、ε，通过路旁单元将公开参数(n，e，G，g，α，λ，ε)公布给车联网中的车辆，并保存群私钥对Gnd；

S13.每个群成员U_i随机选择他的私钥

计算公钥y＝α^x(mod n),z＝g^y，将y和z及对z的签名发送给GM以证明其拥有满足知识签名y＝α^x(mod n)的密钥x；

S14.GM验证群成员U_i收到的y和z的合法性，并保存参数对(y，z)；

S15.GM发行的证明U_i身份的证书GC＝(y+1)^Gne(mod n)，车辆可对证书的合法性进行验证。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，其特征在于所述步骤S2中车载单元生成请求包的过程包括：

S21.当用户发现事故信息或请求者发布需求信息时，若用户意愿成为发起人，则对具体情况进行事故描述；

S22.用户U₁选择所需回复包的阈值t,并确定给回复者提供的奖励币coin₃；

S23.做以下计算：

λ₁和λ₂是车载单元基于双离散对数和离散对数e次方根的知识签名；

S24.U₁对消息msg的群签名即为

S25.可得到请求数据包

S26.广播此RQP邀请其他人进行验证。

4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，其特征在于所述步骤S3中车载单元生成回复数据包的过程包括：

S31.当车辆U_j(j∈N⁺),意愿回复此消息，则从RQP接收

通过知识签名验证消息是否合法，若合法则U₁对消息msg的签名就是有效的；

S32.U_j同样采用知识签名对回复消息m签名，签名结果为

S33.将

作为RPP，回复者将RPP转发回发起人。

5.根据权利要求4所述的一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，其特征在于所述步骤S4中生成聚合数据包、验证聚合包、发送通过验证的聚合包至服务平台的过程包括：

S41.发起人在转发RQP后，就等待RPP，一旦受到达到阈值t的RPP，进行以下操作：将RPP中的签名与RQP中的签名相结合，生成AGP，

S42.验证者可以通过知识签名，验证请求者与回复者的签名的正确性，若请求者与回复者的签名均有效，验证者则接受签名，AGP有效，否则就拒绝签名；

S43.发起人将确认过后的AGP转发至服务平台，服务平台进行审核，若通过审核，则将AGP中的msg进行公布。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的车联网信息共享激励方法，其特征在于步骤S5中执行各项交易的智能合约过程包括：

S51.服务平台与请求者的智能合约执行条件：请求者获得信息服务，则请求者向服务平台提供费用coin₁；

S52.服务平台与发起人的智能合约执行条件：发起人在有效区域内分享信息，且该信息通过服务平台审核，则服务平台执行向发起人提供奖励币coin₂的条令；

S53.发起人与回复者的智能合约执行条件：服务平台已与发起人达成交易，则发起人向回复者提供奖励币coin₃。

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