CN113821816B - 一种基于位置的区块链共识方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位置的区块链共识方法、系统及装置。该方法通过众多平等参与节点提位置信息并交叉验证，提供一种广域、泛在、健壮的位置服务和身份证明服务，区块链参与节点的贡献包括可验证的基础性定位信息、其他节点身份验证、信息验证、定位信息使用计量，本区块链系统的计算量需求低，可以在嵌入式系统中运行全功能节点。本发明可以提供广域、高精度、低成本的定位服基础设施。

Description

一种基于位置的区块链共识方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及区块链应用技术领域，尤其涉及一种基于位置的区块链共识方法、系统及装置。

背景技术

定位服务是基础性的服务，常见的有全球卫星GNSS系统；基于移动网络的定位系统；基于Lora的城域定位系统；基于蓝牙的定位系统；基于超宽带的定位系统等。其中只有GNSS可以提供比较完整的室外覆盖能力，而其他定位系统则仅仅能提供一定区域的覆盖能力。

一般单个GNSS客户端的定位精度不高，在需要动态分米、厘米级别精度时需要采用差分、RTK等技术，需要基准站或CORS服务以支持高精度定位移动站完成高精度定位的解算和误差消除。基准站的硬件费用较高，设立比较复杂，耗时较长，商业化的基准站信息服务CORS费用较高。高精度定位移动站事实上也可以提供类似基准站的卫星定位原始数据（raw data）的接收能力，如果能构建一个卫星定位原始数据的分享和验证网络，则高精度定位移动站之间可以通过彼此共享卫星定位原始数据实现无需额外费用并且高效的高精度定位。

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等信息技术的新型应用模式。区块链本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，数据表现为一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。从狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。从广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

一般而言, 区块链系统的节点具有分布式、 自治性、 开放可自由进出等特性,因而大多采用对等式网络 (Peer-to-peer network, P2P 网络) 来组织散布全球的参与数据验证和记账的节点。P2P 网络中的节点地位对等且以扁平式拓扑结构相互连通和交互, 不存在任何中心化的特殊节点和层级结构,每个节点均会承担网络路由、 验证区块数据、 传播区块数据、 发现新节点等功能。区块链系统采用特定的经济激励机制来保证分布式系统中所有节点均有动机参与数据区块的生成和验证过程, 按照节点实际完成的工作量分配共识过程所产生的数字加密货币,并通过共识算法来选择特定的节点将新区块添加到区块链。以比特币为代表的一系列区块链应用的蓬勃发展, 彰显了区块链技术的重要性与应用价值, 区块链系统的共识也成为一个新的研究热点。

传统的区块链系统中，通过算力（例如哈希计算能力）的工作量证明方式需要大量的算力投入和能源消耗，通过存储的工作量证明方法需要消耗大量的存储空间等等。

区块链的共识算法的基础特征是：共识的依据比较客观，结果容易得到验证。无论是hash计算还是硬盘存储量证明都具备这个特征。

卫星定位原始数据的获得是时间和空间相关的，即接收卫星开放发射的不断变化的无线电信号，接收结果可以通过解算和对比获得快速验证，具备作为共识基础的要件。本发明通过构建基于卫星定位原始数据的区块链网络，通过分发、验证、记录各个节点的贡献以及适当的激励机制维护该网络系统，提供基于共享的低成本高精度定位基础设施。

发明内容

本申请提供了一种基于位置的区块链共识方法、系统及装置，旨在解决现有技术中定位服务需要耗费大量的时间和高昂的硬件成本和服务费用的问题。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；

验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为在所述申请节点的临近节点；

若不存在该节点标识，则要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性和有效性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；

所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算结果，如果所述解算结果准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；

经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的添加。

作为优选，所述接收添加申请节点的请求，包括：

若所述申请节点没有节点标识，则通过哈希算法生成相应标识和非对称密钥对，如果有，则向临近节点发送通过私钥加密的标识和公钥。

作为优选，所述对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，包括：

通过检索所述区块链网络中数据，验证该标识是否存在。

作为优选，所述经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的加入，包括以下步骤：

所述请求节点向多个临近节点发出包含私钥签名时间戳、标识和卫星定位原始数据请求；

所述多个临近节点返回私钥签名的相应卫星定位原始数据，同时所述请求节点向所述多个临近节点发出背书请求，所述多个临近节点通过定位解算方法给出背书结果，当超过一半的临近节点给出所述背书结果则记录所述请求节点至区块链网络中。

一种基于位置的区块链共识装置，包括：

接收模块：用于接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；

验证模块：用于验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为在所述申请节点的临近节点；

初步背书模块：用于新的申请节点标识验证，要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性和有效性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；

完全背书模块：用于所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算结果，如果所述解算结果准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；

申请模块：用于经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的添加。

作为优选，所述接收模块包括：

节点标识生成单元：若所述申请节点没有节点标识，则通过哈希算法生成相应标识，并生成所需非对称密钥对，如果有，则直接向临近节点发送通过私钥加密的标识和公钥。

作为优选，所述验证模块包括：

验证子单元：用于通过检索所述区块链网络中数据，验证该标识是否存在。

作为优选，所述申请模块包括：

请求子单元：所述请求节点向多个临近节点发出包含私钥签名时间戳、标识的卫星定位原始数据请求；

背书单元：所述多个临近节点返回私钥签名的相应卫星定位原始数据，同时所述请求节点向所述多个临近节点发出背书请求，所述多个临近节点通过定位解算方法给出背书结果，当超过一半的临近节点给出所述背书结果则记录所述请求节点至区块链网络中。

一种基于位置的区块链共识装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如上述中任一项所述的一种基于位置的区块链共识方法。

一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被计算机执行时实现如上述中任一项所述的一种基于位置的区块链共识方法。

本发明具有以下有益效果：

硬件成本低，不需要固定站，现有的动态差分定位必须有一固定站，软件服务成本低，无需使用商业化的CORS系统服务。

附图说明

图1是本发明实施例实现一种基于位置的区块链共识方法的第一流程图；

图2是本发明实施例实现一种基于位置的区块链共识方法的第二流程图；

图3是本发明实施例实现一种基于位置的区块链共识系统的示意图；

图4是本发明实施例实现一种基于位置的区块链共识装置的一种电子设备示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，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实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

本申请的权利要求书和说明书的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

实施例1

如图1所示，一种基于位置的区块链共识方法，包括以下步骤：

S110、接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；

S120、验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为在所述申请节点的临近节点；

S130、若不存在则节点标识，则要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性和有效性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；

S140、所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算结果，如果所述解算结果准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；

S150、经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的添加。

在实施例1中，首先申请节点上电启动，初始化代码和GNSS模块，以GPS为例，开始接收卫星定位原始数据和星历数据。节点通过网络发起加入区块链网络请求。请求包括通过私钥加密（如使用国标商密SM2生成的公私钥对）的标识和标识注册时的区块位置。该标识是该节点设备物理标识（mac地址）hash（如使用国标商密SM3）得出，典型的可以是64、128字节等长度，也可以补足到需要长度。同时附上对应公钥公钥，通过向特定网络端口广播请求或特定种子主机（例如注入代码中的域名或IP地址）的端口（如9999等）发送请求。如果是该节点加入过本区块链系统，则标识和密钥对的生成可以省略。

步骤2：区块链网络中的活跃节点接收到请求后，从区块链区块中查询该标识是否存在并通过公钥验证其真实性。验证通过即进行完全背书，更新本地邻居节点列表，并广播通知相邻节点。

步骤3：如果该标识首次加入则要求申请节点提供卫星定位原始数据，通过返回的数据实现解算，如果精度满足要求，则初步背书完成，并向该申请节点发出卫星定位原始数据，要求对方提供相应解算位置信息，如果返回位置数据精度满足要求，则完成完全背书，并通知相邻节点。如果超过50%的临近节点完成完全背书，则在下一区块链上记录该标识以及公钥，完成节点的认证。

步骤3：如果该标识不存在则进入考察阶段，要求该节点发送卫星定位原始数据样本。申请加入节点发送卫星定位原始数据后，验证节点通过高精度定位解算（定位结算方法可以是差分定位方法，如载波相位、位置、伪距差分等）是否能完成已验证其真实性和有效性，如果验证通过，则初步背书该节点。

步骤4： 验证节点向初步背书后的节点发送卫星定位原始数据并要求该节点返回高精度定位解算结果，如果该结果准确并达到精度要求则完全背书该节点，更新邻居节点列表，并广播通知其他邻居节点。

步骤5：通过附近50%以上节点的验证和完全背书后，该申请节点完成区块链网络的加入。申请节点同区块链中其他节点具备相同的验证能力。

步骤6： 节点通过分享卫星定位原始数据实现彼此的单节点高精度定位解算。定位请求节点向临近节点发出包含私钥签名时间戳、标识的的卫星定位原始数据请求，收到邻近节点返回私钥签名的相应卫星定位原始数据，并记录该请求，同时向临近节点发出背书请求，临近节点通过解算结果给出背书结果，如超过50%的临近节点给出背书请求则记录该请求至区块链数据块中。

本实施例的有益效果在于：区块链节点的硬件包括GNSS模块、通讯模块、CPU、内存、存储设备等。不同于其他区块链如比特币等，本发明中所有节点均为全功能节点。每个节点永久（持续）保留其标识，以及标识首次出现的区块号；节点采用非对称密钥的私钥加密标识和标识首次出现的区块号作为证明是该标识的合法拥有者；两步背书方法，实现中可以合并为一步骤，但应包括此两步，即完成双向验证。单向验证方法对区域外部存在重放攻击的可能性，同时无法验证其具备验证能力；本发明中区块链节点的权重相同，全部节点均具备验证能力；节点的贡献根据其成功向其他节点提供服务的数量决定，其数量包括次数、定位轨迹距离、持续定位时间等，其共识阈值均为50%，也就是需要超过50%以上的临近节点通过验证。

实施例2

如图2所示，一种基于位置的区块链共识方法，其中，所述经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的加入，包括以下步骤：

S210、所述请求节点向多个临近节点发出包含私钥签名时间戳、标识的卫星定位原始数据请求；

S220、所述多个临近节点返回私钥签名的相应卫星定位原始数据，同时所述请求节点向所述多个临近节点发出背书请求，所述多个临近节点通过定位解算方法给出背书结果，当超过一半的临近节点给出所述背书结果则记录所述请求节点至区块链网络中。

在实施例2中，区块链网络是由多个节点组成，通过众多平等参与节点提位置信息并交叉验证。区块链参与节点的贡献包括可验证的基础性定位信息、其他节点身份验证、信息验证、定位信息使用计量。其中，真实性和有效性的验证可以同时或分别进行。真实性是指，申请节点将本地卫星定位数据，发送给验证节点，如果验证节点能够据此结合本地卫星定位原始数据解算出验证节点的位置，说明申请节点具备接收卫星定位原始数据的能力，并且满足精度要求。而满足精度要求是指，定位精度x,y,z，即经度、纬度和高程在预先约定的范围内（如10cm、5cm、1cm等）则可以证明申请节点是真实。本申请的背书概念为验证交易并声明此交易合法（或不合法）的链中节点。

实施例3

如图3所示，一种基于位置的区块链共识装置，包括：

接收模块10：用于接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；

验证模块20：用于验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为在所述申请节点的临近节点；

初步背书模块30：用于新的申请节点标识验证，要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性和有效性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；

完全背书模块40：用于所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算结果，如果该结果准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；

申请模块50：用于经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的加入。

上述装置的一种实施方式为：接收模块10接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；验证模块20验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为在所述申请节点的临近节点；初步背书模块30用于新的申请节点验证，要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性和有效性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；完全背书模块40所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算结果，如果该结果准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；申请模块50经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的加入。

实施例4

如图4所示，一种电子设备，包括存储器401和处理器402，所述存储器401用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器402执行以实现上述的任一一种方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

一种存储有计算机程序的计算机可读写存储介质，所述计算机程序使计算机执行时实现如上述的任一一种方法。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器401中，并由处理器402执行，并由输入接口405和输出接口406完成数据的I/O接口传输，以完成本发明,一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机设备中的执行过程。

计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备可包括，但不仅限于，存储器401、处理器402,本领域技术人员可以理解，本实施例仅仅是计算机设备的示例，并不构成对计算机设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入器407、网络接入设备409、总线等。

处理器402可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器402、数字信号处理器802(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array ，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器402可以是微处理器402或者该处理器402也可以是任何常规的处理器402等。

存储器401可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器401也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card,SMC），安全数字卡（Secure Digital,SD），闪存卡（Flash Card）等,进一步地，存储器401还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备,存储器401用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据,存储器401还可以用于暂时地存储在输出器408，而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器ROM403、随机存储器RAM404、碟盘或光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种基于位置的区块链共识方法，应用于区块链网络，其特征在于，包括以下步骤：

接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；

验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为所述申请节点的临近节点；

若不存在所述标识，则要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；

所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算所述申请节点的位置信息，如果所述位置信息准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；

经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的添加。

2.根据权利要求1所述的一种基于位置的区块链共识方法，其特征在于，所述接收添加申请节点的请求，包括：

若所述申请节点没有节点标识，则通过哈希算法生成相应标识和非对称密钥对，如果有，则向临近节点发送通过私钥加密的标识和公钥。

3.根据权利要求1所述的一种基于位置的区块链共识方法，其特征在于，所述对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，包括：

通过检索所述区块链网络中数据，验证该标识是否存在。

4.根据权利要求1所述的一种基于位置的区块链共识方法，其特征在于，所述经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的添加，包括以下步骤：

所述请求节点向多个临近节点发出包含私钥签名时间戳、标识的卫星定位原始数据请求；

所述多个临近节点返回私钥签名的相应卫星定位原始数据，同时所述请求节点向所述多个临近节点发出背书请求，所述多个临近节点通过定位解算方法给出背书结果，当超过一半的临近节点给出所述背书结果则记录所述请求节点至区块链网络中。

5.一种基于位置的区块链共识系统，用于实现权利要求1所述的一种基于位置的区块链共识方法，其特征在于，包括：

接收模块：用于接收添加申请节点的请求，所述申请节点为全功能节点，用于接收卫星定位原始数据；

验证模块：用于验证节点对所述申请节点进行标识验证，以验证所述申请节点的标识是否已经存在于所述区块链网络中，若存在则接受所述申请节点并建立连接，所述验证节点为在所述申请节点的临近节点；

初步背书模块：用于新的申请节点标识验证，要求所述申请节点发送所述卫星定位原始数据，通过高精度定位解算方法验证所述申请节点的真实性，若验证通过，则初步背书所述申请节点；

完全背书模块：用于所述验证节点向所述初步背书后的申请节点发送所述卫星定位原始数据并要求返回高精度定位解算所述申请节点的位置信息，如果所述位置信息准确并达到精度要求则完全背书所述申请节点；

申请模块：用于经过多个临近节点验证通过和完全背书后，所述申请节点完成对所述区块链网络的加入。

6.根据权利要求5所述的一种基于位置的区块链共识系统，其特征在于，所述接收模块包括：

节点标识生成单元：若所述申请节点没有节点标识，则通过哈希算法生成相应标识和非对称密钥对，如果有，则直接向临近节点发送通过私钥加密的标识和公钥。

7.根据权利要求5所述的一种基于位置的区块链共识系统，其特征在于，所述验证模块包括：

验证子单元：用于通过检索所述区块链网络中数据，验证该标识是否存在。

8.根据权利要求5所述的一种基于位置的区块链共识系统，其特征在于，所述申请模块包括：

请求子单元：所述请求节点向多个临近节点发出包含私钥签名时间戳、标识的卫星定位原始数据请求；

背书单元：所述多个临近节点返回私钥签名的相应卫星定位原始数据，同时所述请求节点向所述多个临近节点发出背书请求，所述多个临近节点通过定位解算方法给出背书结果，当超过一半的临近节点给出所述背书结果则记录所述请求节点至区块链网络中。

9.一种基于位置的区块链共识装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如权利要求1～4中任一项所述的一种基于位置的区块链共识方法。

10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被计算机执行时实现如权利要求1～4中任一项所述的一种基于位置的区块链共识方法。

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