CN114205809A - 基于区块链的无人艇自组网方法 - Google Patents

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康振
李雪伟
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Abstract

本发明涉及无人艇通信领域，特别是一种基于区块链的无人艇自组网方法，包括以下步骤：步骤一，去网络中心；步骤二，自组织性；步骤三，动态拓扑快速变化；步骤四，匿名性，采用区块链中ECC数字签名算法确保岸‑艇、艇‑艇之间通信消息的完整性及不可欺骗性。基于区块链的无人艇自组网可以实现安全高效的无人艇自组网安全认证。最终的研究成果为无人艇集群航行控制、行为决策提供基础安全、准确的信息输入。

Description

基于区块链的无人艇自组网方法
技术领域
本发明涉及无人艇通信领域，特别是一种基于区块链的无人艇自组网方法。
背景技术
无人艇自组网通信系统是一种具有分布式、自组织、多业务、远距离等显著技术特点的动态自治性局部区域无线通信网络。它由无人艇自组网络确定的核心无人艇和多条有通信单元的无人艇网络节点组成，作为无人艇网络节点，每艘无人艇都配备移动自组网络通信模块，既具有路由功能，又具有报文转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。每艘无人艇在该网络中兼具任务节点和中继节点两种功能：作为任务节点，可在核心无人艇或其他无人机的指令控制下执行任务意图，作为中继节点，可根据网络的路由策略和路由表参与路由维护和分组转发工作，以此实现无死角覆盖多无人艇自组网系统。可以通过多无人艇中继实现无死角覆盖，自组网系统不依赖于单独的个体，支持系统中成员的动态加入和退出，当部分个体离开或加入群系统时，整个群系统仍具有一定的完整性，可继续执行任务等。多无人艇间通过通信交互信息，发挥群体优势，相互协作，完成更多的功能。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种基于区块链的无人艇自组网方法。
具体技术方案如下；
一种基于区块链的无人艇自组网方法，包括以下步骤：
步骤一，去网络中心，网络中的节点具有相同的地位，不仅可以作为信息的接收方也可以作为信息的发送方，不需要设置中心控制节点，即点对点网络，节点可以随时加入或离开网络，且网络中某一节点出现故障时，不会影响整个网络的正常运行，具有很强的抗击毁性；
步骤二，自组织性，节点不依赖于网络的布局和设施，通过分层协议、分布式算法和各自的行为，快速、自动地组成一个独立的网络；
步骤三，动态拓扑快速变化，采用基于强化学习的路由预测机制以及路由分布式控制策略，无人艇的强化学习基本框架，通过结合GPS提供的位置信息和航行方向，不断学习和感知外部环境，从而预测高动态环境下的路由，提升路由的快速收敛能力，保证拓扑剧烈变化时组网数据传输的稳定性和实时性，提升端到端传输成功率；
步骤四，匿名性，采用区块链中ECC数字签名算法确保岸-艇、艇-艇之间通信消息的完整性及不可欺骗性。
优选地，步骤一中，采用点对点的网络模式，每个无人艇具有相同的地位，没有中心化的管理机构，每个区块的形成需要满足区块链系统中节点之间的共识机制，否则，数据不能打包成区块。
优选地，采用区块链中的ECC密码学算法实现节点之间交换数据加密等操作，不需要公开节点的真实身份就可以实现节点之间交换数据等操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以实现安全高效的无人艇自组网安全认证。最终的研究成果为无人艇集群航行控制、行为决策提供基础安全、准确的信息输入。
附图说明
图1是本发明中无人艇自组网系统；
图2是本发明中基于区块链的无人艇共识机制图；
图3是本发明中多簇之间的动态网络融合与分裂图；
图4是本发明中无人艇的强化学习基本框架图；
图5是本发明中素数有限域上的椭圆加密算法图。
具体实施方式
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
无人艇网络层由各节点的无人艇组成，每个无人艇上都安装VDES(VHF DataExchange System，甚高频数据交换系统)，无人艇通过VDES分层的网络协议、分布式算法等相互协调，不仅可以用于无人艇之间互联互通，而且还可以用于处理无人艇从各种传感器收集来的数据。虽然无人艇网络层通过无人艇之间通信可以提供有效的信息传输，但是无人艇与岸基及无人艇之间信息传输的安全性无法实时保障。基于以上的问题本项目设计基于区块链的无人艇自组网通信
本发明介绍了一种基于区块链的无人艇自组网方法，所谓无人艇自组网是指无人艇节点不依赖于网络的布局和设施，而是通过MESH分层协议、分布式算法和各自的行为等，快速、自动地组成一个新的网络。目的在于利用自组网、自修复、多跳级联、节点自我管理等优点，可以大幅降低网络部署的成本和复杂程度，实现艇-岸、艇-艇的互联互通。而基于区块链的无人艇自组网可以实现安全高效的无人艇自组网安全认证。最终的研究成果为无人艇集群航行控制、行为决策提供基础安全、准确的信息输入。
本发明基于区块链的无人艇自组网方法，由去网络中心、动态拓扑快速变化、匿名性三个主要部分组成，具体过程如下：
步骤一，去网络中心。基于区块链的无人艇自组网采用点对点的网络模式，每个无人艇具有相同的地位，没有中心化的管理机构。基于区块链的无人艇自组网中每个区块的形成需要满足区块链系统中节点之间的共识机制(如图2所示)，否则，数据不能打包成区块。基于区块链的无人艇自组网中的所有节点共同维护区块链系统的正常运行，当基于区块链的无人艇自组网中某个节点出现故障时，由于区块链系统的共识机制能够容忍部分节点出现故障，因此，基于区块链的无人艇自组网仍然可以正常运行。
步骤二，动态拓扑快速变化。网络拓扑的变化会导致原有的路由信息变得不可用，数据分组无法被及时传输到目的节点，造成频繁的丢包，而随后还会伴随产生路由修复过程，这个过程会占用网络中原有的可用传输带宽，还会造成路由信息的震荡，增加数据传输的端到端时延。为了不让这些问题影响无人艇集群网络的通信性能，保障其传输数据的实时性、可靠性，本项目采用基于强化学习的路由预测机制以及路由分布式控制策略(如图3多簇之间的动态网络融合与分裂,图4)无人艇的强化学习基本框架，通过结合GPS提供的位置信息和航行方向，不断学习和感知外部环境，从而预测高动态环境下的路由，提升路由的快速收敛能力，保证拓扑剧烈变化时组网数据传输的稳定性和实时性，提升端到端传输成功率。
步骤三中匿名性，采用区块链中ECC数字签名算法确保岸-艇、艇-艇之间通信消息的完整性及不可欺骗性。素数有限域上的椭圆加密算法主要包括生成密钥、加密和解密三个阶段，具体的步骤如图5所示。
(1)生成密钥
首先选取一条基于有限域上的椭圆曲线，并得到Ep(a,b)，将需要加密的明文m通过二进制编码嵌入到椭圆曲线上得到二进制明文点Pm，通过椭圆曲线密码体制对二进制明文点Pm做加密变换。取Ep(a,b)中的一个点集作为生成元G，Ep(a,b)和G作为公开的参数。无人艇A选取nA(一个大素数)作为密钥，并将PA＝nAG作为公开密钥。
(2)加密
当无人艇B想向无人艇A发送本船重要的AIS数据信息，无人艇B随机选取一个正整数k,产生两个点C1＝kG和C2＝Pm+kPA，B将C1和C2组成的密文对Cm＝{kG,Pm+kPA}发送给无人艇A。
(3)解密
无人艇A对密文对进行解密时，用密文对中的第二个点C2减去无人艇A自身的秘密密钥nA与第一个点C1的倍乘，得到椭圆曲线上的二进制明文点Pm，求解方法如公式(1)所示：
Pm+kPA-nA(kG)＝Pm+k(nAG)-nA(kG)＝Pm (1)
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于区块链的无人艇自组网方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，去网络中心，网络中的节点具有相同的地位，不仅可以作为信息的接收方也可以作为信息的发送方，不需要设置中心控制节点，即点对点网络，节点可以随时加入或离开网络，且网络中某一节点出现故障时，不会影响整个网络的正常运行，具有很强的抗击毁性；
步骤二，自组织性，节点不依赖于网络的布局和设施，通过分层协议、分布式算法和各自的行为，快速、自动地组成一个独立的网络；
步骤三，动态拓扑快速变化，采用基于强化学习的路由预测机制以及路由分布式控制策略，无人艇的强化学习基本框架，通过结合GPS提供的位置信息和航行方向，不断学习和感知外部环境，从而预测高动态环境下的路由，提升路由的快速收敛能力，保证拓扑剧烈变化时组网数据传输的稳定性和实时性，提升端到端传输成功率；
步骤四，匿名性，采用区块链中ECC数字签名算法确保岸-艇、艇-艇之间通信消息的完整性及不可欺骗性。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的无人艇自组网方法，其特征在于，步骤一中，采用点对点的网络模式，每个无人艇具有相同的地位，没有中心化的管理机构，每个区块的形成需要满足区块链系统中节点之间的共识机制，否则，数据不能打包成区块。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的无人艇自组网方法，其特征在于，步骤四中，采用区块链中的ECC密码学算法实现节点之间交换数据加密等操作，不需要公开节点的真实身份就可以实现节点之间交换数据等操作。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070121933A1 (en) * 2003-10-03 2007-05-31 Yuichi Futa Information transfer system, encryption device, and decryption device
WO2018121797A1 (zh) * 2016-12-26 2018-07-05 北京科技大学 一种基于信任网络的去中心化公钥管理方法和管理系统
CN109272316A (zh) * 2018-09-25 2019-01-25 广州智慧城市发展研究院 一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统
CN109639413A (zh) * 2018-12-10 2019-04-16 四川大学 一种基于移动自组网的区块链系统
CN111800758A (zh) * 2020-06-30 2020-10-20 中国科学技术大学 基于区块链的无人机蜂群分层共识方法
CN112383944A (zh) * 2020-11-20 2021-02-19 中国科学技术大学 内置区块链的无人机蜂群自适应组网方法
CN112672398A (zh) * 2020-12-28 2021-04-16 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 一种基于自适应kalman预测的3D-GPSR路由方法
CN113364576A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 湘潭大学 一种基于区块链的数据加密存证与共享方法
CN115766038A (zh) * 2022-11-30 2023-03-07 蚂蚁区块链科技(上海)有限公司 区块链中的交易发送方法和区块链节点

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070121933A1 (en) * 2003-10-03 2007-05-31 Yuichi Futa Information transfer system, encryption device, and decryption device
WO2018121797A1 (zh) * 2016-12-26 2018-07-05 北京科技大学 一种基于信任网络的去中心化公钥管理方法和管理系统
CN109272316A (zh) * 2018-09-25 2019-01-25 广州智慧城市发展研究院 一种基于区块链网络下的区块实现方法及系统
CN109639413A (zh) * 2018-12-10 2019-04-16 四川大学 一种基于移动自组网的区块链系统
CN111800758A (zh) * 2020-06-30 2020-10-20 中国科学技术大学 基于区块链的无人机蜂群分层共识方法
CN112383944A (zh) * 2020-11-20 2021-02-19 中国科学技术大学 内置区块链的无人机蜂群自适应组网方法
CN112672398A (zh) * 2020-12-28 2021-04-16 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 一种基于自适应kalman预测的3D-GPSR路由方法
CN113364576A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 湘潭大学 一种基于区块链的数据加密存证与共享方法
CN115766038A (zh) * 2022-11-30 2023-03-07 蚂蚁区块链科技(上海)有限公司 区块链中的交易发送方法和区块链节点

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