CN113704350A - 基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，部分智能电动车辆为轻节点，剩余智能电动车辆为全节点，当全节点的智能电动车辆进入到不同分区时，则转换为共识跨节点，共识跨节点保存当前分区的完整区块链数据，同时保存其到过所有分区的区块头数据；所有路侧节点均为全节点，其中，服务区通过Geohash算法划分为若干分区，各路测节点分布于各分区内，其中，路侧节点保存本分区地图的完整数据，共识跨节点进入到任一分区后，当需要访问本分区的数据时，则通过路侧节点获取本分区地图的完成数据，该架构能够基于区块链解决智能电动汽车中数据隐私及安全问题。

Description

基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法

技术领域

本发明涉及一种智能电动汽车数据存储方法，具体涉及一种基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法。

背景技术

近年来，随着自动驾驶以及智能电动汽车的快速发展，汽车数据的所有权、占有权和使用权等发生着复杂变化，车辆在行驶过程的技术数据由车辆所有者产生，但是车企在数据的收集和使用过程中需获取车辆所有者的授权认可。

智能电动汽车产生的数据复杂多样，包括车辆自身数据、行车环境数据、用户驾驶行为数据、驾驶自动化系统运行状态以及相关隐私数据等(后面统称为车辆行车数据)，这些数据是由车辆读取车内各部件信号并以加密形式记录存储，存储后的数据采用加密技术记录，无法直接读取、修改、删除相关数据。很多车企在技术更新和迭代的过程中更是依赖于车辆行车数据的积累，因此车企对于数据的隐私非常看重，不会轻易公开，以免给车企带来不必要的损害。

智能电动汽车在发生交通事故后，交通部门在判定责任事故界定时，到底是因为驾驶员操作不当还是车辆自身的问题，很难调查清楚事故的具体原因。车辆的行驶数据对于确定划分事故的原因起到至关重要的作用，但是市场上对于智能电动汽车数据的完整性和准确性有一定的担忧，认为这些数据有被篡改和删除的风险。实际情况是车辆一旦出现事故，公众(尤其车辆所有者)对于车企提供的数据很难获取充分的信任，因此，在保证车辆数据存储完整性和准确性的同时，如何保证数据没有被篡改是当前整个智能电动汽车行业面临很大的一个挑战。

为了解决上述问题，有研究人员尝试通过设计条件隐私认证方案去解决智能电动汽车中数据隐私和安全问题，但是这些方案没有考虑到行驶中的汽车具有快速移动、网络拓扑变化快和节点覆盖范围大的特点，使得传统的跨域技术很难应用到车辆网系统中。然而，区块链具有天然的分布式、去中心化、全程留痕、可追溯和不可篡改等特点，这些特点保证了区块链各个节点的“诚实”与“透明”，为区块链创造了信任基础，因此，区块链可以为车联网中数据的跨域管理提供一个可行的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，该方法能够基于区块链解决智能电动汽车中数据隐私及安全问题。

为达到上述目的，本发明所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，包括可信中心、若干智能电动车辆及若干路侧节点，其中，部分智能电动车辆为轻节点，剩余智能电动车辆为全节点，当全节点的智能电动车辆进入到不同分区时，则转换为共识跨节点，共识跨节点保存当前分区的完整区块链数据，同时保存其到过所有分区的区块头数据；

所有路侧节点均为全节点，其中，服务区通过Geohash算法划分为若干分区，各路测节点分布于各分区内，其中，路侧节点保存本分区地图的完整数据，共识跨节点进入到任一分区后，当需要访问本分区的数据时，则通过路侧节点获取本分区地图的完成数据。

新的节点的注册过程为：

当新节点加入时，则采用Ripple共识算法，当新节点超过50％的节点审核通过后，当前分区区块链系统自动认可该新节点通过审核，并加入到记账节点，且记录到当前分区区块链中，否则，申请无效；

当新节点审核通过后，则全节点从对等节点获取指定时间内完整区块链数据，轻节点获取区块头数据，全节点记录本分区内所有节点注册信息，不同分区间，利用共识跨节点通过跨链技术完成信息交互。

所述区块由区块头及区块体组成。

区块头包括有Merkle根、上一区块Merkle、时间戳、版本号及记账节点公钥。

添加新区块的共识过程包括传输车辆行车记录阶段、生成本地区块阶段、候选区块传输阶段、候选块验证阶段、确认提交阶段及新区块生成阶段。

在传输车辆行车记录阶段，智能电动汽车发送其行车数据到该智能电动汽车所在分区内的所有服务器节点。

在生成本地区块阶段，分区内所有服务器节点在收到车辆行车数据后，服务器节点对所述车辆行车数据进行

在候选区块传输阶段，随机选择分区中任一服务器节点作为主节点，将生成的本地区块作为候选区块，然后发送到该分区内的其他服务器节点进行验证及审计，主节点将候选区块以及其他区块头内容发送到该分区内的其他非主服务器节点.

在候选块验证阶段，分区内其他非主服务器节点在收到候选区块后，验证该候选区块的数字签名，然后将候选区块及生成的本地区块进行比较，完成验证及审计，当验证及审计无误，则发送确认消息给分区内其他服务器结点；

在确认提交阶段，分区内各非主服务器节点，在收到不少于

数量的确认消息后，则发送带有其数字签名的确认提交消息至主服务器节点；

在新区块生成阶段，服务器主节点在收到不少于

数量的确认提交消息后，则返回带有其数字签名的消息给分区内所有非主服务器节点，然后分区内所有服务器节点在其区块链尾部添加带有验证及审计后的候选区块，以形成新的区块。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法在具体操作时，根据智能电动汽车具有物理位置移动性的特性，将汽车行驶区域按照Geohash算法为不同分区，每个分区有单独的区块链，利用分区共识跨链技术完成信息交互，由共识跨节点完成。利用区块链的分布式、去中心化、全程留痕、可追溯及不可篡改等特点，保证区块链各节点的诚实及透明，为智能电动车辆行车数据的跨域管理创造信任基础。另外，本发明使用多链技术融合的模式，相较于传统的单链，增加了节点间数据共享和协作的能力，解决智能电动汽车中数据隐私及安全问题。

附图说明

图1为本发明的数据存储系统架构设计图；

图2为本发明的智能电动汽车区块结构示意图；

图3为本发明的共识过程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法如图1所示，包括智能电动车辆、路侧节点(Road Side Unit，RSU)及可信中心(云服务提供商)构成。

1)分区共识跨节点。

所有路侧节点均为全节点(所有数据进行存储)，部分车辆为轻节点，剩余车辆均为全节点，当除部分车辆为轻节点，其他车辆均为全节点。当全节点的车辆进入到不同分区时，则转化为共识跨节点，共识跨节点保存当前分区的完整区块链数据，同时保存其到过所有分区的区块头数据；

2)路侧节点RSU，服务区通过Geohash算法划分为若干区域，各区域内设置有若干路测节点，路侧节点作为全节点，保存本区域地图的完整数据，对分区外数据不做保存。当分区共识跨节点进入到任一区域，当需访问本区域的数据时，则向路侧节点请求获取，以获取本区域内的数据，继而减轻对服务器数据访问的压力。

3)新节点注册过程为：

根据物理位置的不同，将节点划分到不同的分区中，为确保新节点身份的真实可靠，防止恶意节点随意加入，当新节点加入时，则采用Ripple共识算法，当新节点超过50％的节点审核通过后，当前分区区块链系统自动认可该新节点通过审核，并加入到记账节点，且记录到当前分区区块链中，否则，申请无效。当新节点审核通过，则全节点从对等节点获取指定时间内完整区块链数据，轻节点获取区块头数据。全节点记录本分区所有节点注册信息，不同分区间，利用分区共识跨节点通过跨链技术完成信息交互。

4)(车辆)行车数据生成的区块结构。兼容节点具有跨区域以及移动的特性，区块中数据除了行车数据外，还需存储区块共识节点信息，其中，区块共识节点信息包括节点位置信息，例如GPS，分区区块链版本号、跨链移动记录以及当前时间等，行车数据包括有行驶线路记录、例如直行/转弯/掉头、异常的碰撞信息、偏离行驶道路等信息，以及行驶速度记录，例如速度过快/过慢、停车数据等。行车数据生成区块链的区块结构是由Hash指针构造出的系列连接列表。每一个区块会保存相应的行车数据，通过密码学保证每一个区块里的行车数据不被篡改。

如图2区块结构示意图，每一个区块由区块头及区块体组成，区块头包括有Merkle根、上一区块Merkle、时间戳、版本号及记账节点公钥等其中，Merkle根通过对行车数据两两做Hash运算得到的，由于行车数据不相同，因此每个区块生成的Merkle根不同，可实现对行车数据的验证；上一区块的Merkle根可以将区块形成链；时间戳表示区块的生成时间，可以保证区块链的有序生成，同时防止数据被篡改；版本号用于追踪软件的版本。

5)添加新区块的共识过程为：

在第四步行车数据生成的区块结构过程中，选择PBFT共识算法达成共识，确保系统内部所有节点服务器均存储一致的数据。整个共识过程为：

51)传输车辆行车记录阶段。

车辆发送其行车数据到该车辆所在分区内的所有服务器节点；

52)生成本地区块阶段。

分区内所有服务器节点在收到车辆行车数据后，为保证数据的完整性及安全性，服务器节点对上述数据进行加密及签名，并完成本地区块的封装；

53)候选区块传输阶段。

随机选择分区中任一服务器节点作为主节点(如图3中的节点1，主节点在共识过程中起到主导作用)，将步骤52)生成的本地区块作为候选区块，然后发送到该分区内的其他服务器节点进行验证及审计，主节点将候选区块以及其他区块头内容发送到该分区内的其他非主服务器节点；

54)候选块验证阶段。

分区内其他非主服务器节点在收到候选区块后，验证该候选区块的数字签名，然后将候选区块及步骤52)生成的本地区块进行比较，完成验证及审计，当验证及审计无误，则发送确认消息给分区内其他服务器结点；

55)确认提交阶段。

分区内各非主服务器节点，在收到不少于

数量的确认消息后，则发送带有其数字签名的确认提交消息至主服务器节点；

56)新区块生成阶段。

服务器主节点在收到不少于

数量的确认提交消息后，则返回带有其数字签名的消息给分区内所有非主服务器节点，然后分区内所有服务器节点在其区块链尾部添加带有验证及审计后的候选区块，以形成新的区块；

6)跨节点数据同步与删除。

跨节点首次进入某一分区时，则从RSU路侧节点处同步一段时间内的完整数据。当跨节点从一分区进入到另一新的分区时，则删除原分区内所有数据，只保留区块头的数据。

当跨节点再次进入已访问过的分区时，则从其他对等节点恢复设定时间段的完整数据，使得跨节点具有根据不同需求恢复或删除历史数据，并且具有从其他对等节点同步数据的能力。

本发明的主要特色优势在于：

针对车辆网中智能电动汽车物理位置移动性的特性，设计全节点、共识跨节点和路侧RSU节点相结合，形成区块链数据的分布式存储，应用区块链技术中点对点的网络作为共享对等网络，以在对等节点之间分散共识的方式，将包含与事务相关的新数据记录添加到区块链中，并利用区块链账本作为车辆行车共享数据的存储系统。区块链的节点间共识机制及记录不可篡改性。为智能电动汽车中数据传输的安全性和可追溯性提供了技术保障。利用本发明，如果行驶中车辆一旦出现事故，交通管理部门和车辆所有者对于车企提供的数据进行验证和审计，获取车企提供数据的信任，有助于交通部门对于判定事故责任的界定。

Claims (10)

1.一种基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，包括：

部分智能电动车辆为轻节点，剩余智能电动车辆为全节点，当全节点的智能电动车辆进入到不同分区时，则转换为共识跨节点，共识跨节点保存当前分区的完整区块链数据，同时保存其到过所有分区的区块头数据；

所有路侧节点均为全节点，其中，服务区通过Geohash算法划分为若干分区，各路测节点分布于各分区内，其中，路侧节点保存本分区地图的完整数据，共识跨节点进入到任一分区后，当需要访问本分区的数据时，则通过路侧节点获取本分区地图的完成数据。

2.根据权利要求1所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，还包括新的节点的注册，具体为：

当新节点加入时，则采用Ripple共识算法进行审核，当新节点超过50％的节点审核通过后，当前分区区块链系统自动认可该新节点通过审核，并加入到记账节点，且记录到当前分区区块链中，否则，申请无效；

当新节点审核通过后，则全节点从对等节点获取指定时间内完整区块链数据，轻节点获取区块头数据，全节点记录本分区内所有节点注册信息，不同分区之间，利用共识跨节点通过跨链技术完成信息交互。

3.根据权利要求1所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，所述区块由区块头及区块体组成。

4.根据权利要求3所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，区块头包括有Merkle根、上一区块Merkle、时间戳、版本号及记账节点公钥。

5.根据权利要求1所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，还包括添加新区块的共识，添加新区块的共识过程包括传输车辆行车记录阶段、生成本地区块阶段、候选区块传输阶段、候选块验证阶段、确认提交阶段及新区块生成阶段。

6.根据权利要求5所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，在传输车辆行车记录阶段，智能电动汽车发送其行车数据到该智能电动汽车所在分区内的所有服务器节点。

7.根据权利要求6所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，在生成本地区块阶段，分区内所有服务器节点在收到车辆行车数据后，服务器节点对所述车辆行车数据进行加密及签名，并完成本地区块的封装。

8.根据权利要求7所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，在候选区块传输阶段，随机选择分区中任一服务器节点作为主节点，将生成的本地区块作为候选区块，然后发送到该分区内的其他服务器节点进行验证及审计，主节点将候选区块以及其他区块头内容发送到该分区内的其他非主服务器节点。

9.根据权利要求8所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，在候选块验证阶段，分区内其他非主服务器节点在收到候选区块后，验证该候选区块的数字签名，然后将候选区块及生成的本地区块进行比较，完成验证及审计，当验证及审计无误，则发送确认消息给分区内其他服务器结点。

10.根据权利要求9所述的基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法，其特征在于，在确认提交阶段，分区内各非主服务器节点，在收到不少于

数量的确认消息后，则发送带有其数字签名的确认提交消息至主服务器节点；

在新区块生成阶段，服务器主节点在收到不少于

数量的确认提交消息后，则返回带有其数字签名的消息给分区内所有非主服务器节点，然后分区内所有服务器节点在其区块链尾部添加带有验证及审计后的候选区块，以形成新的区块。

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