CN111447591A - 一种基于区块链的车联网数据交换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于区块链的车联网数据交换方法，包括以下步骤：发送信息车辆节点的车载传感器时刻监听车辆自身状态,将监测到的数据参数传送至OBU，OBU将接受到各种数据参数根据协议标准进行定义,将其定义为通用的安全消息，基本安全消息是车与车之间进行数据交换必须要发送的信息,OB不间断周期性的发送BSM，基于WAVE协议的车联网多三角形组播通信的基础上，通过主从节点通信实现了车与车的数据交换,保证了车辆间快速稳定的通信,然后通过路边单元的分布式广播与存储,实现了路与路、车与路的数据交换。本发明用区块链技术，提升车联网中车辆相互通讯的安全性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于区块链的车联网数据交换方法。
背景技术
车联网是物联网技术在智能交通系统领域的体现，是智能交通系统领域的核心所在。车联网是一个由多个车辆节点组成，通过无线数据通信技术来采集车辆实时的运行数据,并对其进行处理,用于进行车与车之间、车与路边基础单元之间、车与行人之间等的数据交互，从而使车辆更好的融入到城市网络中。车辆通过传感器、GPS、RFID、摄像头和图像处理等装置，可以采集自身周围环境和状态信息；并且所有车辆可以运用互联网技术,将自身采集到的信息传输至中央处理器；通过互联网技术,对车辆的数据进行分析处理,去除冗余,进而计算出车辆的最佳路线、安排信号周期灯、及时汇报路况信息。驾驶员可以通过无线通信不断地和数据中心进行数据交换,从而实现一系列多样化功能,如安全检测、故障诊断、实时导航以及娱乐服务,可以达到提高道路行车安全、优化利用系统资源、缓解道路交通拥堵等目标。
然而现有的车联网在大数据管理、透明性和安全方面存在的问题，车联网节点间的通信无法保证安全可靠。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于区块链的车联网数据交换方法，利用区块链技术，提升车联网中车辆相互通讯的安全性和稳定性。
本发明提供了如下的技术方案：
一种基于区块链的车联网数据交换方法，包括以下步骤：
发送信息车辆节点的车载传感器时刻监听车辆自身状态,将监测到的数据参数传送至OBU，OBU将接受到各种数据参数根据协议标准进行定义,将其定义为通用的安全消息，基本安全消息是车与车之间进行数据交换必须要发送的信息,OB不间断周期性的发送BSM；
应用层定义安全消息之后,用自身私钥对其进行加密,生成签名，将信息和签名一同发送给网络层，相应的安全信息通过网络层的WSMP协议和TCP/IP协议分别对其进行封装，得到WSM数据包，然后先经LLC层，再经物理层以多三角形网络组播通信的路由形式发送出去；
发送出去的WSM信息在控制信道上被周围车辆的OBU实时监听,当周围车辆的OBU监听到WSM信息后，就将该数据包提交给应用层相应的应用程序；
应用层相应的程序收到WSM数据包后,先对WSM进行解包，得到签名和符合SAEJ2735标准格式的信息，周围车辆的OBU使用发送车辆的公钥解密签名,验证通过后获取其中的位置和速度等信息，并将其显示在开发的用户界面上。
优选的，车辆数据节点间采用数字签名技术，所述数字签名包括以下步骤：
车辆利用车载传感器收集自身参数信息和周边环境信息，结合区块链技术，将数据经过加密并加入自身的数字签名后打包成块，无须经过中心管理节点，在范围内的其他车辆可以接收到消息；其他车辆收到消息在解密后，通过自身传感器设备采集到的数据结合与发出车辆的相对位置对接都到的数据进行对比验证，并给出验证信息的可信度，然后，将验证信息打包成区块上传至区块链；到最后在每一辆车都将验证信息上传到区块链之后，在范围内最后车辆收到区块链验证信息后，计算区块链中数据的信息可信度，对于可信度高于阈值的消息认为是可信消息，将其进行广播；对于可信度低于阈值的消息认为其消息来源不可信，予以剔除。
优选的，在每个车联网联盟链中，预选取所有路边单元为共识记录节点，而路边单元节点又分为两类节点：中心节点和边界节点，中心节点是指部署在城市中心的路边单元节点，边界节点是指部署在城市边界,通往其他城市的高速公路口的路边单元节点,每个车联网联盟链会选取一定数量的节点作为边界节点，由所有中心节点参与车联网联盟链的共识过程，车载单元和边界节点只参与数据交换，不过问数据区块的共识过程。
本发明的有益效果是：
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明联盟链流程图；
图2是本发明节点数字签名流程图；
图3是本发明建立车辆网平台架构图。
具体实施方式
由于区块链技术在去中心化和不能篡改消息等方面的特性，结合目前车联网技术中所存在的问题的特点，可以利用区块链技术进行优化，提升车联网中车辆相互通讯的安全性和稳定性。
结合区块链技术，为了验证加入网络的节点是否是恶意节点，区块链中的每一个节点都会对新节点进行审核，如果审核通过，则添加确认数字签名，只有节点中51％以上的节点同时添加过确认数字签名之后，才可以允许新的节点加入。对于非法节点，几乎不可能同时使得51％以上的节点同时确认，所以可以有效保护网络。但是，对于已经通过审核的节点发送虚假信息，则需要对信息的内容进行验证。
由于车辆流动速度快，在一定的范围内进出频繁，并且虚假消息源或攻击者一般不会攻击距离较远的车辆，所以只需在一定的范围内进行消息源的验证操作，为了防止已经通过了节点审核加入的节点发送虚假消息，需要对消息增加验证。在验证的过程中，由于车辆的设备型号性能等会略有差异，不能完全保持一致，所以对消息源的验证信息不能保证完全一致，需要引入一个的阈值在一定的概率上保证消息源的可靠。如果超过这个阈值，可以认定此消息源是可靠的；相反，如果低于这个阈值，则认为此消息源是不可靠的。
如图2所示，首先，车辆利用车载传感器收集自身参数信息和周边环境信息，结合区块链技术，将数据经过加密并加入自身的数字签名后打包成块，无须经过中心管理节点，在范围内的其他车辆可以接收到消息。其他车辆收到消息在解密后，通过自身传感器设备采集到的数据结合与发出车辆的相对位置对接都到的数据进行对比验证，并给出验证信息的可信度，然后，将验证信息打包成区块上传至区块链。到最后在每一辆车都将验证信息上传到区块链之后，在范围内最后车辆收到区块链验证信息后，计算区块链中数据的信息可信度，对于可信度高于阈值的消息认为是可信消息，将其进行广播；对于可信度低于阈值的消息认为其消息来源不可信，予以剔除。利用区块链的特点，次通讯方式信息不易受到篡改，而这种经过多个车辆结合自身周边环境给出验证结果的方式，可以降低来自伪造车辆信息来源的消息的影响，保证通讯的安全性。
车联网联盟链是由城市中车载单元和路边单元共同组成的私有区块链。其中车载单元是安装在车辆上的移动节点,它的主要功能是实现车辆间的信息共享以及和路边单元进行相互通信,同时也可以获得由路边单元发送的安全信息,如交通线路优化、路况信息和碰撞避免等服务。在车辆行驶过程中,车载单元有规律地广播自身安全信息,如时间、位置、速度、方向等信息。路边单元是被大规模部署在道路两旁的固定节点,它的主要功能是向车辆提供一些安全服务,如路况信息、预警信息等。比于路边单元，路边单元具有较强的计算和存储能力,所以在每个车联网联盟链中，预选取所有路边单元为共识记录节点，而路边单元节点又分为两类节点：中心节点和边界节点，中心节点是指部署在城市中心的路边单元节点，边界节点是指部署在城市边界,通往其他城市的高速公路口的路边单元节点,每个车联网联盟链会选取一定数量的节点作为边界节点。由所有中心节点参与车联网联盟链的共识过程，车载单元和边界节点只参与数据交换，不过问数据区块的共识过程。车联网联盟链流程图如图2所示。
如图1所示，车与车之间交换基本安全消息(BSM,Basic Safety Message),BSM定义了车辆本身的信息:位置、速度、方向、刹车状态等。车与车的数据交换过程如下:
步骤一：发送信息车辆节点的车载传感器时刻监听车辆自身状态,将监测到的数据参数传送至OBU，OBU将接受到各种数据参数根据协议标准进行定义,将其定义为通用的安全消息，基本安全消息(BSM)是车与车之间进行数据交换必须要发送的信息,OBU不间断周期性的发送BSM；
步骤二：应用层定义安全消息之后,用自身私钥对其进行加密,生成签名，将信息和签名一同发送给网络层。相应的安全信息通过网络层的WSMP协议和TCP/IP协议分别对其进行封装，得到WSM数据包，然后先经LLC层，再经物理层以多三角形网络组播通信的路由形式发送出去；
步骤三：发送出去的WSM信息在控制信道上被周围车辆的OBU实时监听,当周围车辆的OBU监听到WSM信息后，就将该数据包提交给应用层相应的应用程序；
步骤四：应用层相应的程序收到WSM数据包后,先对WSM进行解包,得到签名和符合SAEJ2735标准格式的信息,周围车辆的OBU使用发送车辆的公钥解密签名,验证通过后获取其中的位置和速度等信息，并将其显示在开发的用户界面上。
基于本发明车联网数据交换方法建立车联网平台，包括感应层数据接入、网络平台层数据处理、应用层开发者业务这3层主要内容，如图3所示。
面向分布式能源交易，车联网平台主要实现功能包括以下4个方面。
(1)统计系统及数据分析:对交易数据、用户信息、设备运行情况等数据内容进行统计和分析，一方面为车联网具有相应权限的主体(包括政府、车企、运营商、用户)提供各类分析报告，另一方面为销售促进、用户管理和设备检修等企业业务内容提供服务。
(2)平台互联:将充电设施与相关企业对接，接受来自企业的数据，并进行合理的信息反馈。
(3)运营和监管:包括对硬件信息的采集、充电站及桩的业务运营和信息监控、交易和故障等的数据统计、日志管理以及活动广告内容的发布。
(4)智能充电服务:提供城市设施和路况概览并进行长短期路况预测，对道路及设备进行对比分析并向用户推荐充电方案，为政府或者相关企业提供建设性意见。
随着车联网相关技术的迅速发展，在给驾驶员带来更好的驾驶体验的同时，也带来了新的安全隐患。在车辆的实时数据通信中，一般需要经过基站验证车辆的身份，但还有可能存在伪装车辆发送虚假数据的问题。本发明提出利用区块链技术的信息不可篡改和去中心化等特点，将每辆车对接收消息的验证组成一个区块链，用最后一辆上传验证的车辆将区块链进行广播，可以提升判断数据来源的辨别能力，同时，降低与基站通讯耗费的资源，避免网络拥堵。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本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施例所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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于区块链的车联网数据交换方法，其特征在于，包括以下步骤：
发送信息车辆节点的车载传感器时刻监听车辆自身状态,将监测到的数据参数传送至OBU，OBU将接受到各种数据参数根据协议标准进行定义,将其定义为通用的安全消息，基本安全消息是车与车之间进行数据交换必须要发送的信息,OB不间断周期性的发送BSM；
应用层定义安全消息之后,用自身私钥对其进行加密,生成签名，将信息和签名一同发送给网络层，相应的安全信息通过网络层的WSMP协议和TCP/IP协议分别对其进行封装，得到WSM数据包，然后先经LLC层，再经物理层以多三角形网络组播通信的路由形式发送出去；
发送出去的WSM信息在控制信道上被周围车辆的OBU实时监听,当周围车辆的OBU监听到WSM信息后，就将该数据包提交给应用层相应的应用程序；
应用层相应的程序收到WSM数据包后,先对WSM进行解包，得到签名和符合SAEJ2735标准格式的信息，周围车辆的OBU使用发送车辆的公钥解密签名,验证通过后获取其中的位置和速度等信息，并将其显示在开发的用户界面上。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的车联网数据交换方法，其特征在于，车辆数据节点间采用数字签名技术，所述数字签名包括以下步骤：
车辆利用车载传感器收集自身参数信息和周边环境信息，结合区块链技术，将数据经过加密并加入自身的数字签名后打包成块，无须经过中心管理节点，在范围内的其他车辆可以接收到消息；其他车辆收到消息在解密后，通过自身传感器设备采集到的数据结合与发出车辆的相对位置对接都到的数据进行对比验证，并给出验证信息的可信度，然后，将验证信息打包成区块上传至区块链；到最后在每一辆车都将验证信息上传到区块链之后，在范围内最后车辆收到区块链验证信息后，计算区块链中数据的信息可信度，对于可信度高于阈值的消息认为是可信消息，将其进行广播；对于可信度低于阈值的消息认为其消息来源不可信，予以剔除。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的车联网数据交换方法，其特征在于在每个车联网联盟链中，预选取所有路边单元为共识记录节点，而路边单元节点又分为两类节点：中心节点和边界节点，中心节点是指部署在城市中心的路边单元节点，边界节点是指部署在城市边界,通往其他城市的高速公路口的路边单元节点,每个车联网联盟链会选取一定数量的节点作为边界节点，由所有中心节点参与车联网联盟链的共识过程，车载单元和边界节点只参与数据交换，不过问数据区块的共识过程。
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