CN111245966B - 一种基于区块链架构的车联网信息共享方法 - Google Patents

一种基于区块链架构的车联网信息共享方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于区块链架构的车联网信息共享方法，该方法中，激励车辆用户成为Provider用户节点，并为区域内其他用户共享高质量、可靠的车联网信息，区域内的Consumer用户节点根据Provider用户节点提供的信息有效性对Provider用户节点支付奖励，该方法可以让车辆用户在缺少路侧单元RSU部署的区域有效获得车联网信息，区域控制节点对Provider用户节点和Consumer用户节点进行管理控制，可解决全分布式网络中系统响应时间过长的问题，满足车联网对信息传输的低时延需求，根据区域网络环境，设置Provider用户节点准入的门限，降低整体系统网络的消息通信量，在避免局部区域出现网络信息拥塞的同时有效减少无用信息和重复信息的传输，满足车联网用户对道路交通车联网信息高可靠、实时性要求。

Description

一种基于区块链架构的车联网信息共享方法
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，具体涉及一种基于区块链架构的车联网信息共享方法。
背景技术
车联网是一个全新的网络系统，主要由车载单元OBU（On Board Unit）、路侧单元RSU（Road Side Unit）等组成。其中路侧单元RSU部署在道路侧，用于为车联网系统提供道路交通信息。无论是在城市道路还是高速公路，搭建一套完善的车联网系统特别是密度足够的RSU单元将是一个高额的投资，而且在短期内也难以实现RSU的全网覆盖。同时自动驾驶车辆在未来道路上将会越来越多。自动驾驶车辆借助其高精度传感设备以及强大的计算能力可以在一定条件无需外界辅助而获得自动驾驶所需的路况信息，但依靠昂贵设备获得的信息仅仅是本车使用，造成资源极大的浪费，且也导致其成本难以下降，阻碍自动驾驶产业的发展。
将自动驾驶车辆感知的路况信息共享给周围的用户，特别是在缺乏足够RSU部署的情况下可以使用自动驾驶车辆作为移动的RSU设备，实现车辆用户间信息的共享，提升车联网系统的可用性，提高道路交通出行的安全性和便捷性，降低基础设施投资。然而自动驾驶车辆路况信息的共享会带来一定的电能消耗、CPU资源消耗、隐私泄露等有损自身利益的问题，主观上难以实际操作。
现有技术中，公开号CN109978623 A“一种基于区块链的车联网信息共享激励方法”以及公开号CN110648134 A “一种基于区块链的车联网用户近距离数据共享系统及方法”提出了车联网信息共享奖励方法，鼓励车辆用户共享信息，但都是基于一方发起信息请求，另一方提供信息服务，属于单一的点对点交易，没有考虑车辆行驶的特点，在一定区域内的车辆往往具有相同的道路车联网信息需求，且没有考虑实际网络可靠性和容量要求，如果所有用户都参与信息提供或者发起信息需求，极易出现信息风暴和重复信息。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于区块链架构的车联网信息共享方法，利用区块链技术，通过Consumer用户节点对自身驾驶最有帮助作用的Provider用户节点提供激励，鼓励Provider用户节点主动分享高质量的车联网信息，可以在缺少RSU部署的区域有效实现车联网信息共享的功能，该方法具有低通信量开销的优点，能有效避免网络拥塞和无效信息的产生，满足车联网用户对道路交通车联网信息高可靠性实时性要求，适用于车联网服务全网无缝覆盖之前的一种有效的解决方案。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种基于区块链架构的车联网信息共享方法，所述的区块链架构的节点分为区域控制节点和车辆用户节点两类，所述的信息共享方法包括以下步骤：
S1：车辆用户节点根据区域控制节点周期性广播的区域信息进行用户节点角色申请，角色包括信息生产用户节点和信息消耗用户节点，即Provider用户节点和Consumer用户节点，所述的Provider用户节点为系统提供车联网道路交通信息，即车联网信息，所述的Consumer用户节点使用所述的Provider用户节点提供的车联网信息实现辅助驾驶，Provider用户节点和Consumer用户节点申请需要携带保证金信息；
S2：所述的区域控制节点对用户节点的身份进行认证，并设置各用户节点在该区域的有效时间；
S3：所述的Provider用户节点在区域时效内周期性广播车联网信息给区域内其他用户节点，所述的Consumer用户节点在区域时效内周期性广播激励交易消息给所述的Provider用户节点，所述的Consumer用户节点和Provider用户节点保存相应激励交易的Hash值；
S4：所述的区域控制节点对Consumer用户节点广播的激励交易消息进行验证，验证通过后的激励交易消息放入队列中，待队列满Q条激励交易消息后，将前Q条激励交易信息打包成区块，并广播该区块给区域内的所有用户节点；其中Q为设定的阈值；
S5：所述的Provider用户节点对区域控制节点广播的打包区块进行验证，当验证结果为异常时广播异常结果；在下一个打包开始之前，如果区域控制节点收到广播验证异常的Provider用户节点数不超过区域内在线Provider用户节点数的50%，则该区块完成共识，区域控制节点将该区块正式写入区块链中；
S6：所述的Provider用户节点和Consumer用户节点根据区块的共识的情况，对各自的账户进行更新，并保存与自己交易相关的区块的hash值和激励交易消息的hash值，用于未来出现的纠纷回溯；
S7：所述的Provider用户节点和Consumer用户节点离开区域控制节点所在的区域时，区域控制节点自动触发用户节点的保证金的智能合约交易。
进一步地，所述的S1具体通过如下子步骤来实现：
S1.1：区域控制节点广播区域信息：区域控制节点周期性广播本区域的信息，所述的信息包括区域ID、区域范围、是否正常服务、区域Provider用户节点的总容量M、剩余Provider用户节点容量N，以及Provider用户节点在一个周期内可以广播车联网信息的最多条数F、Provider用户节点申请的最低自身能力Amin、节点缴纳的最小保证金Cmin；当区域控制节点故障不能保证系统正常工作，则对外广播本区域为无交易系统状态；
S1.2：车辆用户节点判断是否进入区域控制节点i对应的区域：当区域控制节点广播该区域处于正常服务状态时，具有无线通信能力的车辆在进入该区域时根据以下准则进行判断是否进入系统：如果车辆用户节点没有成为其他区域控制节点的用户节点，则自动成为该区域节点的候选用户节点；如果车辆用户节点是其他区域控制节点j的Consumer用户节点，只有在当前区域控制节点i满足Mi-Ni>Mj-Nj时，车辆用户节点成为该区域节点的候选用户节点，否则继续保持成为区域控制节点j的用户节点，车辆用户节点不进入该区域服务；如果车辆用户节点是其他区域控制节点j的Provider用户节点，则继续保持区域控制节点j的用户节点，车辆用户节点不进入该区域服务；当区域控制节点广播该区域处于异常服务状态时，车辆用户节点不进入该区域服务；
S1.3：成为区域的候选用户节点后，如果不愿意使用系统任何服务，则无需进行做任何用户角色申请；如果希望成为系统中车联网信息的使用者，则申请成为Consumer用户节点，申请消息中携带以下信息：用户ID、钱包支付地址、保证金额C、公钥、预计在本区域预留时间；如果愿意共享自身感知的车联网信息的用户节点，则申请成为Provider用户节点，且其自身能力值α需要大于区域控制节点广播的最低自身能力Amin，同时申请消息中携带以下信息：用户ID、钱包支付地址、保证金额C、公钥、预计在本区域预留时间、车辆位置、区域行驶规划轨迹、自动驾驶等级、信用等级。
进一步地，所述的S2具体通过如下子步骤来实现：
S2.1：区域控制节点对用户节点申请进行认证，对于申请Provider的用户节点，如果当前剩余Provider用户节点容量N>0且上报的自身能力值大于最低自身能力要求即α≥Amin，即可进行保证金认证；对于申请Consumer的用户节点，直接进入保证金认证；
S2.2：保证金认证：区域控制节点验证用户节点提供的钱包地址是否包含足够的数字资产，要求该数字资产要大于等于用户节点申请中携带的保证金，认证通过后启动一个保证金相关的智能合约，并对该保证金进行冻结；
S2.3：用户节点时效认证：区域控制节点发送认证的结果，其中认证通过消息包含认证的时效性，用户节点从收到认证通过消息时间起到指定的时间内成为区域的有效用户节点；对于未能认证通过的用户节点，在拒绝消息中携带延迟时间和推荐的保证金C，用户节点可在延迟时间过后采用推荐的保证金C再次发起认证申请。
进一步地，所述S3通过以下子步骤来实现：
S3.1：对于Provider用户节点：
获得区域控制节点认证的Provider用户节点从收到认证通过消息之后开始，在一个周期Tp的时间内对外广播f条自身感知的车联网道路交通信息，其中1≤f≤F；Provider用户节点因故障或其他原因导致不能在周期Tp内广播最少1条车联网信息时，需要在不超过5Tp的延迟时间内发送脱离区域服务申请；否则在5Tp超时后区域控制节点认为该Provider用户节点离开区域控制节点，广播该Provider用户节点失效；
对于Consumer用户节点：
Consumer用户节点在其区域驻留时间内，监听Provider用户节点广播的车联网信息；Consumer用户节点从进入区域开始，在周期Tc内根据收到的Provider用户节点广播的车联网信息对自身驾驶辅助的价值对Provider用户节点进行排序，选择排序最高的Provider用户节点并对其发送一笔价值为k的激励，k最小值为1，最大值为255；如果Consumer用户节点认为周期Tc内所有Provider用户节点提供的车联网信息对自身驾驶都无辅助作用，则对区域控制节点发送一笔价值为k的激励；Consumer用户节点对激励交易消息进行广播，其中Tc小于等于Consumer用户节点的时效，即，正常情况下Consumer用户节点在区域控制中心服务范围内会广播一笔或多笔激励交易消息；Consumer用户节点因故障或其他原因导致不能在周期Tc内广播1条激励交易消息时，需在不超过5Tc的延迟时间内发送脱离区域服务申请；否则在5Tc超时后，区域控制节点就认为该Consumer用户节点离开区域控制节点，广播该Consumer用户节点失效；当由于区域控制节点失效或者故障原因广播本区域处于异常服务状态时，Consumer用户节点无须给Provider用户节点和区域控制节点发送激励；
S3.2：Provider用户节点收到Consumer用户节点发送的激励交易消息后，保存该激励交易消息的hash值作为交易凭证，用于后续区块的验证和纠纷回溯。
进一步地，所述的S7中，用户节点满足以下条件之一即被认为是离开区域控制节点：
a) 用户节点认证的有效时间到期；
b) 用户节点主动发起离开服务请求；
c）用户节点被区域控制节点认为是恶意节点，或者是用户节点在指定的周期时间内不再发送相应的消息，区域控制节点广播用户节点失效。
进一步地，所述的S7中，当用户节点被认为是离开区域控制节点时，区域控制中心自动触发保证金相关的智能合约交易的具体操作如下：
对于Consumer用户节点，如果保证金C大于其在区域内发送的激励值总额K，则自动对Consumer的保证金账户执行一笔金额为C-K的激励到区域控制节点；如果保证金C小于或等于K，则释放冻结的保证金；如果Provider节点和/或Consumer被认为是恶意节点，则自动执行一笔金额为C的激励交易到区域控制节点；其他情况，则也释放冻结的保证金。
进一步地，所述Provider申请的最低自身能力Amin的计算公式如下：
当M≠N时
Figure 769161DEST_PATH_IMAGE001
当M=N时，Amin=0
其中，Ai 为区域控制节点内已认证为Provider用户节点i的自身能力值；
所述的节点缴纳的最小保证金Cmin 的计算公式如下：
Figure 217460DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ci 为该区域控制节点中每天每Consumer节点缴纳保证金的平均值，即，Cmin为 Ci 7天内的平均值，初始值为1。
进一步地，用户节点自身能力值α的计算公式如下：
α=(L-2)×C
其中，L∈{0,1,2,3,4,5}，为自动驾驶等级能力，根据美国汽车工程师学会制定的自动驾驶技术分类六个等级，对应为L0、L1、L2、L3、L4、L5；C为用户节点角色申请时提供的保证金，保证金满足C≥Cmin。
进一步地，所述的S3.1中，所述的Provider用户节点广播的车联网道路交通信息包括自身感知的障碍物信息、红绿灯信息、交通拥堵信息以及其他相关信息，完整的消息结构为：消息hash+时间戳+负载头+负载内容；其中消息hash=SHA(时间戳+负载头+负载内容)，大小为256bits；时间戳为Provider用户节点发送消息时的本地时间戳，大小为32bits；负载头为1到多个子消息的消息头，对应的子消息头格式为子消息类型+子消息大小，其中子消息类型为4bits，最高位1表示后面无子消息头，子消息大小用12bits表示，单位为字节，即最大子消息大小为4096字节；负载内容为具体各个子消息内容，根据子消息的大小来指示其内容大小。
进一步地，所述的S3.2中的激励交易消息的格式如下：消息hash + 时间戳+Consumer钱包hash地址+ 激励Provider hash地址 +激励value；对应消息的大小：消息hash 256bits，时间戳32bits，Consumer钱包hash地址256bits，激励Provider hash地址256bits，激励value 8bits，总共大小808bits。
本发明的有益效果如下：
（1）通过使用区块链技术，解决车辆节点之间的互不信任问题，实现在车联网系统中缺乏RSU路侧单元部署的情况下，网联汽车仍能享受到车联网服务，同时为有富余能力的自动驾驶车辆用户节点提供有偿激励。
（2）利用区域控制节点广播区域Provider用户节点的容量和剩余容量，有效限制无资质的用户节点在系统中传输无意义的车联网道路信息，减少网络带宽使用，避免网络拥塞。
（3）针对实际道路交通信息在一定区域内通用有效的特点，Provider用户节点的道路车联网信息采用广播方式播报，和现有的一方请求另一方响应的方式对比，可以大幅度降低需求方的相似请求消息，在减少网络通信消耗的同时节省车辆用户的整体能耗。
（4）引入区域控制节点，避免了现有区块链效率低下的问题，满足车联网环境对车联网信息的时效性要求。
（5）采用道路车联网信息和交易数据分离，激励交易数据打包进入区块链，道路车联网信息由区域控制节点存储，用户节点只需保存相应钱包和交易hash数据即可，减少了区块链存储的大小，可满足实际车载设备存储空间受限的要求。
附图说明
图1是本发明基于区块链架构的车联网信息共享方法的流程图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白。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。
如图1所示，本发明的基于区块链架构的车联网信息共享方法，该方法包括如下步骤：
本发明的基于区块链架构的车联网信息共享方法，所述的区块链架构的节点分为区域控制节点和车辆用户节点两类，所述的信息共享方法包括以下步骤：
S1：车辆用户节点根据区域控制节点周期性广播的区域信息进行用户节点角色申请，角色包括信息生产用户节点（以下简称Provider用户节点）和信息消耗用户节点（以下简称Consumer用户节点），Provider用户节点为系统提供车联网道路交通信息（以下简称车联网信息），Consumer用户节点使用Provider用户节点提供的车联网信息实现辅助驾驶，Provider用户节点和Consumer用户节点申请需要携带保证金信息；该步骤具体通过如下的子步骤来实现：
S1.1：区域控制节点广播区域信息；
区域控制节点周期性广播本区域的信息，信息包括区域ID、区域范围、是否正常服务、区域Provider用户节点的总容量M、剩余Provider容量N，以及Provider用户节点在一个周期内可以广播车联网信息的最多条数F、Provider申请的最低自身能力Amin、节点缴纳的最小保证金Cmin；当区域控制节点故障不能保证系统正常工作，则对外广播本区域为无交易系统状态。
作为其中一种实施方式，这里的周期为1分钟；
作为其中一种实施方式，Provider用户节点申请的最低自身能力Amin的计算公式为：
当M≠N时
Figure 13509DEST_PATH_IMAGE001
当M=N时，Amin=0
其中，Ai为区域控制节点内已认证为Provider用户节点i的自身能力值，即后申请成为Provider用户节点的最低自身能力要比当前系统中已存在的Provider用户节点平均能力高10%。
作为其中一种实施方式，节点缴纳的最小保证金Cmin的计算公式如下：
Figure 939877DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ci 为该区域控制节点中每天每Consumer节点缴纳保证金的平均值，即，Cmin为Ci 7天内的平均值，初始值为1。
S1.2：车辆用户节点判断是否进入区域控制节点i对应的区域：
当区域控制节点广播该区域处于正常服务状态时，具有无线通信能力的车辆在进入该物理区域时根据以下准则进行判断是否进入系统：如果车辆用户节点没有成为其他区域控制节点的用户节点，则自动成为该区域节点的候选用户节点；如果车辆用户节点是其他区域控制节点j的Consumer用户节点，只有在当前区域控制节点i满足Mi-Ni>Mj-Nj时，车辆用户节点成为该区域节点的候选用户节点，否则继续保持成为区域控制节点j的用户节点，车辆用户节点不进入该区域服务；如果车辆用户节点是其他区域控制节点j的Provider用户节点，则继续保持区域控制节点j的用户节点，车辆用户节点不进入该区域服务；当区域控制节点广播该区域处于异常服务状态时，车辆用户节点不进入该区域服务。
S1.3：用户节点角色申请
成为区域的候选用户节点后，如果不愿意使用系统任何服务，则无需进行做任何用户节点角色申请；如果希望成为系统中车联网信息的使用者，则申请成为Consumer用户节点，申请消息中携带以下信息：用户ID、钱包支付地址、保证金额C 、公钥、预计在本区域预留时间；如果愿意共享自身感知的车联网信息的用户节点，则申请成为Provider用户节点，且其自身能力值α需要大于区域控制节点广播的最低自身能力Amin，同时申请消息中携带以下信息：用户ID、钱包支付地址、保证金额C、公钥、预计在本区域预留时间、车辆位置、区域行驶规划轨迹、自动驾驶等级、信用等级。
作为其中一种实施方式，自身能力值α的计算公式如下：
α=(L-2)×C
其中，L∈{0,1,2,3,4,5}，为自动驾驶等级能力，根据美国汽车工程师学会制定的自动驾驶技术分类六个等级，对应为L0、L1、L2、L3、L4、L5；C为用户节点角色申请时提供的保证金，保证金满足C≥Cmin。
S2：所述的区域控制节点对用户节点身份进行认证，并设置各用户节点在该区域的有效时间，具体如下：
S2.1：区域控制节点对用户节点申请进行认证，对于申请Provider的用户节点，如果当前剩余Provider容量 N>0且上报的自身能力值大于最低自身能力要求即α≥Amin，即可进行保证金认证；对于申请Consumer的用户节点，直接进入保证金认证；
S2.2：保证金认证：区域控制节点验证用户节点提供的钱包地址是否包含足够的数字资产，要求该数字资产要大于等于用户节点申请中携带的保证金，认证通过后启动一个保证金相关的智能合约，并对该保证金进行冻结；
S2.3：用户节点时效认证：区域控制节点发送认证的结果，其中认证通过消息包含认证的时效性，用户节点从收到认证通过消息时间起到指定的时间内成为区域的有效用户节点；对于未能认证通过的用户节点，在拒绝消息中携带延迟时间和推荐的保证金C，用户节点可在延迟时间过后采用推荐的保证金C再次发起认证申请。
S3：所述的Provider用户节点在区域时效内周期性广播车联网信息给区域内其他用户节点，所述的Consumer用户节点在区域时效内周期性广播激励交易消息给所述的Provider用户节点，所述的Consumer用户节点和Provider用户节点保存相应交易的Hash值；具体如下：
S3.1：对于Provider用户节点：
获得区域控制节点认证的Provider用户节点从收到认证通过消息之后开始，在一个周期Tp的时间内对外广播f条自身感知的车联网道路交通信息，其中1≤f≤F；Provider用户节点因故障或其他原因导致不能在周期Tp内广播最少1条车联网信息时，需要在不超过5Tp的延迟时间内发送脱离区域服务申请；否则在5Tp超时后区域控制节点认为该Provider用户节点离开区域控制节点，广播该Provider用户节点失效；
对于Consumer用户节点：
Consumer用户节点在其区域驻留时间内，监听Provider用户节点广播的车联网信息；Consumer用户节点从进入区域开始，在周期Tc内根据收到的Provider用户节点广播的车联网信息对自身驾驶辅助的价值对Provider用户节点进行排序，选择排序最高的Provider用户节点并对其发送一笔价值为k的激励，k最小值为1，最大值为255；如果Consumer用户节点认为周期Tc内所有Provider用户节点提供的车联网信息对自身驾驶都无辅助作用，则对区域控制节点发送一笔价值为k的激励；Consumer用户节点对激励交易消息进行广播，其中Tc小于等于Consumer用户节点的时效，即，正常情况下Consumer用户节点在区域控制中心服务范围内会广播一笔或多笔激励交易；Consumer用户节点因故障或其他原因导致不能在周期Tc内广播1条激励交易消息时，需在不超过5Tc的延迟时间内发送脱离区域服务申请；否则在5Tc超时后，区域控制节点就认为该Consumer用户节点离开区域控制节点，广播该Consumer用户节点失效；当由于区域控制节点失效或者故障原因广播本区域处于异常服务状态时，Consumer用户节点无须给Provider用户节点和区域控制节点发送激励；作为其中一种实施方式，周期Tc设置为1分钟。
S3.2：Provider用户节点收到Consumer用户节点发送的激励交易消息后，保存该激励交易消息的hash值作为交易凭证，用于后续区块的验证和纠纷回溯。
作为其中一种实施方式，所述的S3.1中，所述的Provider用户节点广播的车联网道路交通信息包括自身感知的障碍物信息、红绿灯信息、交通拥堵信息以及其他相关信息，完整的消息结构为：消息hash+时间戳+负载头+负载内容；其中消息hash=SHA(时间戳+负载头+负载内容)，大小为256bits；时间戳为Provider用户节点发送消息时的本地时间戳，大小为32bits；负载头为1到多个子消息的消息头，对应的子消息头格式为子消息类型+子消息大小，其中子消息类型为4bits，最高位1表示后面无子消息头，子消息大小用12bits表示，单位为字节，即最大子消息大小为4096字节；负载内容为具体各个子消息内容，根据子消息的大小来指示其内容大小。
作为其中一种实施方式，所述的S3.2中的激励交易消息的格式如下：消息hash +时间戳+Consumer钱包hash地址+ 激励Provider hash地址 +激励value；对应消息的大小：消息hash 256bits ，时间戳32bits，Consumer钱包hash地址256bits，激励Provider hash地址256bits，激励value 8bits，总共大小808bits（101字节）。
S4：所述的区域控制节点对Consumer用户节点广播的激励交易消息进行验证，验证通过后的激励交易消息放入队列中，待队列满Q条激励交易消息后，将前Q条激励交易信息打包成区块，并广播该区块给区域内的所有用户节点；其中Q为设定的阈值。作为其中一种实施方式，Q=100。
S5：所述的Provider用户节点对区域控制节点广播的打包区块进行验证，当验证结果为异常时广播异常结果；在下一个打包开始之前，如果区域控制节点收到广播验证异常的Provider用户节点数不超过区域内在线Provider用户节点数的50%，则该区块完成共识，区域控制节点将该区块正式写入区块链中；
S6：所述的Provider用户节点和Consumer用户节点根据区块的共识的情况，对各自的账户进行更新，并保存与自己交易相关的区块的hash值和激励交易消息的hash值，用于未来出现的纠纷回溯；
S7：Provider用户节点和Consumer用户节点离开区域控制节点所在的区域时，区域控制节点自动触发用户节点保证金的智能合约交易。
作为其中一种实施方式，用户节点满足以下条件之一即被认为是离开区域控制节点：
a) 用户节点认证的有效时间到期；
b) 用户节点主动发起离开服务请求；
c）用户节点被区域控制节点认为是恶意节点，或者是用户节点在指定的周期时间内不再发送相应的消息，区域控制节点广播用户节点失效。
当用户节点被认为是离开区域控制节点时，区域控制中心自动触发保证金相关的智能合约交易的具体操作如下：
对于Consumer用户节点，如果保证金C大于其在区域内发送的激励值总额K，则自动对Consumer的保证金账户执行一笔金额为C-K的激励到区域控制节点；如果保证金C小于或等于K，则释放冻结的保证金；如果Provider节点和/或Consumer被认为是恶意节点，则自动执行一笔金额为C的激励交易到区域控制节点；其他情况，则也释放冻结的保证金。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的区块链架构的节点分为区域控制节点和车辆用户节点两类，所述的信息共享方法包括以下步骤：
S1：车辆用户节点根据区域控制节点周期性广播的区域信息进行用户节点角色申请，角色包括信息生产用户节点和信息消耗用户节点，即Provider用户节点和Consumer用户节点，所述的Provider用户节点为系统提供车联网道路交通信息，即车联网信息，所述的Consumer用户节点使用所述的Provider用户节点提供的车联网信息实现辅助驾驶，Provider用户节点和Consumer用户节点申请需要携带保证金信息；
S2：所述的区域控制节点对车辆用户节点的身份进行认证，并设置各车辆用户节点在该区域的有效时间；
S3：所述的Provider用户节点在区域时效内周期性广播车联网信息给区域内其他车辆用户节点，所述的Consumer用户节点在区域时效内周期性广播激励交易消息给所述的Provider用户节点，所述的Consumer用户节点和Provider用户节点保存相应激励交易的Hash值；
S4：所述的区域控制节点对Consumer用户节点广播的激励交易消息进行验证，验证通过后的激励交易消息放入队列中，待队列满Q条激励交易消息后，将前Q条激励交易消息打包成区块，并广播该区块给区域内的所有车辆用户节点；其中Q为设定的阈值；
S5：所述的Provider用户节点对区域控制节点广播的打包区块进行验证，当验证结果为异常时广播异常结果；在下一个打包开始之前，如果区域控制节点收到广播验证异常的Provider用户节点数不超过区域内在线Provider用户节点数的50%，则该区块完成共识，区域控制节点将该区块正式写入区块链中；
S6：所述的Provider用户节点和Consumer用户节点根据区块的共识的情况，对各自的账户进行更新，并保存与自己交易相关的区块的hash值和激励交易消息的hash值，用于未来出现的纠纷回溯；
S7：所述的Provider用户节点和Consumer用户节点离开区域控制节点所在的区域时，区域控制节点自动触发Provider用户节点和Consumer用户节点的保证金的智能合约交易。
2.根据权利要求1所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的S1具体通过如下子步骤来实现：
S1.1：区域控制节点广播区域信息：区域控制节点周期性广播本区域的信息，所述的信息包括区域ID、区域范围、是否正常服务、区域内Provider用户节点的总容量M、剩余Provider用户节点容量N，以及Provider用户节点在一个周期内可以广播车联网信息的最多条数F、Provider用户节点申请的最低自身能力Amin、节点缴纳的最小保证金Cmin；当区域控制节点故障不能保证系统正常工作，则对外广播本区域为无交易系统状态；
S1.2：车辆用户节点判断是否进入区域控制节点i对应的区域：当区域控制节点广播该区域处于正常服务状态时，具有无线通信能力的车辆在进入该区域时根据以下准则进行判断是否进入系统：如果车辆用户节点没有成为其他区域控制节点的车辆用户节点，则自动成为该区域节点的候选用户节点；如果车辆用户节点是其他区域控制节点j的Consumer用户节点，只有在当前区域控制节点i满足Mi-Ni>Mj-Nj时，车辆用户节点成为该区域节点的候选用户节点，否则继续保持成为区域控制节点j的车辆用户节点，车辆用户节点不进入该区域服务；如果车辆用户节点是其他区域控制节点j的Provider用户节点，则继续保持，车辆用户节点不进入该区域服务；当区域控制节点广播该区域处于异常服务状态时，车辆用户节点不进入该区域服务；
S1.3：成为区域的候选用户节点后，如果不愿意使用系统任何服务，则无需进行做任何用户角色申请；如果希望成为系统中车联网信息的使用者，则申请成为Consumer用户节点，申请消息中携带以下信息：用户ID、钱包支付地址、保证金额C、公钥、预计在本区域预留时间；如果愿意共享自身感知的车联网信息的车辆用户节点，则申请成为Provider用户节点，且其自身能力值α需要大于区域控制节点广播的最低自身能力Amin，同时申请消息中携带以下信息：用户ID、钱包支付地址、保证金额C、公钥、预计在本区域预留时间、车辆位置、区域行驶规划轨迹、自动驾驶等级、信用等级。
3.根据权利要求1所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的S2具体通过如下子步骤来实现：
S2.1：区域控制节点对车辆用户节点申请进行认证，对于申请Provider的车辆用户节点，如果当前剩余Provider用户节点容量N>0且上报的自身能力值大于最低自身能力要求即α≥Amin，即可进行保证金认证；对于申请Consumer的车辆用户节点，直接进入保证金认证；
S2.2：保证金认证：区域控制节点验证车辆用户节点提供的钱包地址是否包含足够的数字资产，要求该数字资产要大于等于车辆用户节点申请中携带的保证金，认证通过后启动一个保证金相关的智能合约，并对该保证金进行冻结；
S2.3：车辆用户节点时效认证：区域控制节点发送认证的结果，其中认证通过消息包含认证的时效性，车辆用户节点从收到认证通过消息时间起到指定的时间内成为区域的有效车辆用户节点；对于未能认证通过的车辆用户节点，在拒绝消息中携带延迟时间和推荐的保证金C，车辆用户节点在延迟时间过后采用推荐的保证金C再次发起认证申请。
4.根据权利要求1所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述S3通过以下子步骤来实现：
S3.1：对于Provider用户节点：
获得区域控制节点认证的Provider用户节点从收到认证通过消息之后开始，在一个周期Tp的时间内对外广播f条自身感知的车联网道路交通信息，其中1≤f≤F；Provider用户节点因故障或其他原因导致不能在周期Tp内广播最少1条车联网信息时，需要在不超过5Tp的延迟时间内发送脱离区域服务申请；否则在5Tp超时后区域控制节点认为该Provider用户节点离开区域控制节点，广播该Provider用户节点失效；
对于Consumer用户节点：
Consumer用户节点在其区域有效时间内，监听Provider用户节点广播的车联网信息；Consumer用户节点从进入区域开始，在周期Tc内根据收到的Provider用户节点广播的车联网信息对自身驾驶辅助的价值对Provider用户节点进行排序，选择排序最高的Provider用户节点并对其发送一笔价值为k的激励，k最小值为1，最大值为255；如果Consumer用户节点认为周期Tc内所有Provider用户节点提供的车联网信息对自身驾驶都无辅助作用，则对区域控制节点发送一笔价值为k的激励；Consumer用户节点对激励交易消息进行广播，其中Tc小于等于Consumer用户节点的时效，即，正常情况下Consumer用户节点在区域控制中心服务范围内会广播一笔或多笔激励交易消息；Consumer用户节点因故障或其他原因导致不能在周期Tc内广播1条激励交易消息时，需在不超过5Tc的延迟时间内发送脱离区域服务申请；否则在5Tc超时后，区域控制节点就认为该Consumer用户节点离开区域控制节点，广播该Consumer用户节点失效；当由于区域控制节点失效或者故障原因广播本区域处于异常服务状态时，Consumer用户节点无须给Provider用户节点和区域控制节点发送激励；
S3.2：Provider用户节点收到Consumer用户节点发送的激励交易消息后，保存该激励交易消息的hash值作为交易凭证，用于后续区块的验证和纠纷回溯。
5.根据权利要求1所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的S7中，车辆用户节点满足以下条件之一即被认为是离开区域控制节点：
a) 车辆用户节点认证的有效时间到期；
b) 车辆用户节点主动发起离开服务请求；
c）车辆用户节点被区域控制节点认为是恶意节点，或者是车辆用户节点在指定的周期时间内不再发送相应的消息，区域控制节点广播车辆用户节点失效。
6.根据权利要求5所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的S7中，当车辆用户节点被认为是离开区域控制节点时，区域控制中心自动触发保证金相关的智能合约交易的具体操作如下：
对于Consumer用户节点，如果保证金C大于其在区域内发送的激励值总额K，则自动对Consumer的保证金账户执行一笔金额为C-K的激励到区域控制节点；如果保证金C小于或等于K，则释放冻结的保证金；如果Provider节点和/或Consumer被认为是恶意节点，则自动执行一笔金额为C的激励交易到区域控制节点；其他情况，则也释放冻结的保证金。
7.根据权利要求2所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述Provider申请的最低自身能力Amin的计算公式如下：
当M≠N时
Figure 614056DEST_PATH_IMAGE001
当M=N时，Amin=0
其中Ai 为区域控制节点内已认证为Provider用户节点i的自身能力值；
所述的节点缴纳的最小保证金Cmin的计算公式如下：
Figure 62355DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ci 为该区域控制节点中每天每Consumer节点缴纳保证金的平均值，即，Cmin为 Ci7天内的平均值，初始值为1。
8.根据权利要求2所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，车辆用户节点自身能力值α的计算公式如下：
α=(L-2)×C
其中，L∈{0,1,2,3,4,5}，为自动驾驶等级能力，根据美国汽车工程师学会制定的自动驾驶技术分类六个等级，对应为L0、L1、L2、L3、L4、L5；C为车辆用户节点角色申请时提供的保证金，保证金满足C≥Cmin。
9.根据权利要求4所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的S3.1中，所述的Provider用户节点广播的车联网道路交通信息包括自身感知的障碍物信息、红绿灯信息、交通拥堵信息，完整的消息结构为：消息hash+时间戳+负载头+负载内容；其中消息hash=SHA(时间戳+负载头+负载内容)，大小为256bits；时间戳为Provider用户节点发送消息时的本地时间戳，大小为32bits；负载头为1到多个子消息的消息头，对应的子消息头格式为子消息类型+子消息大小，其中子消息类型为4bits，最高位1表示后面无子消息头，子消息大小用12bits表示，单位为字节，即最大子消息大小为4096字节；负载内容为具体各个子消息内容，根据子消息的大小来指示其内容大小。
10.根据权利要求4所述的基于区块链架构的车联网信息共享方法，其特征在于，所述的S3.2中的激励交易消息的格式如下：消息hash + 时间戳+Consumer钱包hash地址+ 激励Provider hash地址 +激励value；对应消息的大小：消息hash 256bits ，时间戳32bits，Consumer钱包hash地址256bits，激励Provider hash地址256bits，激励value 8bits，总共大小808bits。
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