一种基于区块链的车联网架构及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区块链的车联网架构及其工作方法，车联网架构包括相互连接的车辆实体、车辆车载单元OBU、路侧单元RSU、核心网：和区块链网络。具有典型的去中心化、分布式、集体维护、不可篡改的特点，能有效解决传统车联网架构的中心化、实体间相互不信任的问题。同时提供了车辆上传信标信息时采用无向图生成方法、身份隐私保护方法和位置隐私保护方法，解决了基于区块链的车联网架构的身份和位置隐私泄露问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的车联网架构及其工作方法
本专利技术属于车联网架构
，具体涉及一种基于区块链的车联网架构及其工作方法。
技术介绍
根据Counterpoint物联网服务器的最新研究报告，到2022年，全球互联网汽车市场预计将增加270％。随着车辆数量的成倍增加，在给人们带来生活讲台便捷的同时，也引发了新的问题，如交通安全、环境保护、隐私安全等。因此车联网成为了交通领域中热门的研究内容，被寄予厚望能够改变现有交通系统存在的问题，实现智能化的交通管理。在车辆网中，通过信标信息(SafetyBeaconMessage，SBM)的汇总和不停的交换，来保证车联网中的所有车辆能及时收到安全信息，让他们意识到周围的交通环境，如车流量、交通拥堵等。传统的车联网架构如图1所示，主要包括了车辆、RSU(路侧单元，RoadSideUnit)、CA(CertificationAuthority，证书颁发机构)、核心网。信标信息通过车辆上的传感器进行采集，并通过RSU向上层进行传输，最后汇总到核心网进行集中处理。因此，现有的车联网架构都是基于中心化的，中心化系统的架构的优点是：结构简单，便于对车辆信息进行集中管理，但是中心化系统的架构必须依赖可信的第三方实体(如图1中的CA服务器)，而我们不能完全保证这些中心化的实体是真正可信，一旦中心化实体被攻击沦陷后，将会带来严重的数据安全风险，通过挖掘信标信息里面的内容，攻击者就可以得到用户的隐私信息，如身份、位置、社会地位等，从而给用户带来生活困扰甚至人生安全。而且随着传感器技术和物联网技术的不断发展，数据量剧增，中心化系统的架构对数据进行集中管理的方式会使得中心实体负载过大，带来瓶颈问题。同时，车联网也面临着单点故障的风险。因此急需研究去中心化的车联网结构，来保证用户数据的安全。在车联网中，信标信息包含了车辆的身份、速度、位置、请求服务的内容等，而身份和位置信息在车联网中是非常重要的信息，车辆采集的数据报文都是基于位置信息产生的，只有掌握了精准的位置信息，车联网才能向车辆提供高质量的服务。车辆的身份信息一般通过中心化实体CA产生假名的方式进行匿名保护，这种方式完全依赖于CA的可信度，一旦CA被妥协，车辆的身份隐私信息受到威胁；而现有对位置信息的保护，一般采取简单的加密方式，在中心化架构中这种处理方式只能保证位置信息在传输过程中不会轻易被窃取泄露，而不能保证位置信息不会被核心网中的服务器或者CA所泄露。而在当今的数据时代，用户对自己隐私信息越来越关注，因此保护车辆的身份隐私和位置隐私非常重要。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于区块链的车联网架构及其工作方法解决了传统中心化车联网架构的中心化、实体间相互不信任的问题，同时解决传统车联网架构中车辆的身份和位置信息被泄漏的问题，提高了车联网架构中车辆隐私保护的安全性。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于区块链的车联网架构，包括：车辆：是车联网架构中的移动实体，通过车载单元OBU与路侧单元RSU进行信息交互；车载单元OBU：安装在车辆上，用于感知车辆的信标信息，并将其发送至路侧单元RSU；路侧单元RSU：与车载单元OBU实时通信，用于接收车载单元OBU上传的信标信息，并通过有线或无线的方式上传到核心网；核心网：包括CA服务器、数据存储服务器，用于计算路侧单元上传的数据信息，并将其存储；区块链网络：用于存储核心网中上传的所有数据的HASH散列值。进一步地，所述区块链网络包括若干个代理节点、智能合约和矿工；每个代理节点均存储有HASH散列值数据的备份，共同维护区块链网络中的数据交互的正确性；智能合约包括车辆子身份联合规则、车辆子身份动态变化规则和车辆的信标信息的记录规则；矿工为区块链网络中参与处理区块的节点。一种基于区块链的车联网架构的工作方法，包括以下步骤：S1、通过代理节点形成区块链网络，并形成智能合约；S2、当车辆需要加入车联网时，车辆通过车载单元OBU发送一个注册请求给路侧单元RSU，并通过核心网上传至区块链网络中；S3、通过智能合约验证车辆上传的注册请求的有效性，判断该车辆是否合法，若是则进入步骤S4，否则进入步骤S5；S4、通过智能合约返回一个地址给车辆，并进入步骤S6；S5、将该不合法的车辆记录到区块链中，并广播到整个区块链网络中，进入步骤S7；S6、当合法的车辆发起信标信息上传请求时，通过路侧单元RSU将加密后的信标信息上传至核心网中，并进入步骤S7；S7、将车联网架构中的每一次数据交互均记录到区块链网络中。进一步地，所述步骤S1具体为：将所有的代理节点共同构成区块链网络，同时通过代理节点将车辆身份注册规则、车辆子身份联合规则、车辆子身份动态变化规则和车辆的信标信息记录加入到智能合约中。进一步地，所述步骤S4中，当车辆收到智能合约返回的地址后，通过构造一个多项式，将车辆的身份信息隐藏在该多项式中。进一步地，所述步骤S6具体为：S61、在路侧单元RSU的协助下，将当前发送请求车辆与若干其他车辆自动组成群；S62、通过车载单元OBU发送请求，上传信标信息时，路侧单元RSU联合当前发送请求车辆的请求信息和群中其他车辆发送的请求信息，进行隐私加密，并将加密后的当前发送请求车辆的信标信息上传至核心网中。进一步地，所述步骤S61中通过无向图生成方法将当前发送请求的车辆与其他车辆自动组成群，且将该群映射成无向图；其中，无向图的生成方法具体为：A1、初始化群范围其中，为中心，为半径；其中，为当前车辆发送请求时的位置；为当前车辆发送车辆时的行驶速度；t为车辆U发送请求后完成相应群的无向图的生成时间；A2、计算出当前群范围A内的车辆个数N；A3、判断是否成立，若是则进入步骤A4，否则进入步骤A5；A4、对该群构造无向图G，并判断该无向图G是否属于完全图；若是，则进入步骤A5；否则，进入步骤A6；A5、修改群范围A的半径，更改群范围A的大小，并返回步骤A3；其中，修改群范围A的半径方式为：群范围A的半径从修改为k为上传到核心网中的车辆子身份数据、车辆位置信息数据和车辆请求信息数据的数量；A6、生成无向图G成功，并计算出无向图G的平均连通度其中，平均连通度用于表示无向图中联合信息的相似性；进一步地，所述步骤A4中构造无向图G的过程具体为：A41、初始化无向图G＝{U1,U2,U3...Un}；其中，Ui为当前发送请求车辆，且为无向图G的初始顶点，i＝1,2,3...n；A42、设置一个访问节点数组，将无向图G中的顶点存入数组中；A43、遍历数组中的每个车辆Uj，并将与车辆Ui联合的且不属于数组的车辆Uj存储在数组中，更新数组；A44、持续遍历数组，直到没有新的车辆Uj能够加入数组；A45、通过最终更新后的数组中的数据，生成无向图G。进一步地，所述步骤S62中，隐私加密的内容包括当前发送请求车辆的身份隐私和位置隐私；身份隐私加密方法具体为：B1、确定当前发送请求的车辆Ui行驶轨迹Tr为{l1,...ld}；其中，d为当前发送请求的车辆Ui行驶轨迹的组成点的下标；B2、通过无向图生成方法为当前发送请求车辆Ui在轨迹Tr上的每个位置li生成相应群的无向图Gi；B3、判断每个无向图Gi中当前发送请求车辆Ui是在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区块链的车联网架构，其特征在于，包括：车辆：是车联网架构中的移动实体，通过车载单元OBU与路侧单元RSU进行信息交互；车载单元OBU：安装在车辆上，用于感知车辆的信标信息，并将其发送至路侧单元RSU；路侧单元RSU：与车载单元OBU实时通信，用于接收车载单元OBU上传的信标信息，并通过有线或无线的方式上传到核心网；核心网：包括CA服务器、数据存储服务器，用于计算路侧单元上传的数据信息，并将其存储；区块链网络：用于存储核心网中上传的所有数据的HASH散列值。

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的车联网架构，其特征在于，包括：车辆：是车联网架构中的移动实体，通过车载单元OBU与路侧单元RSU进行信息交互；车载单元OBU：安装在车辆上，用于感知车辆的信标信息，并将其发送至路侧单元RSU；路侧单元RSU：与车载单元OBU实时通信，用于接收车载单元OBU上传的信标信息，并通过有线或无线的方式上传到核心网；核心网：包括CA服务器、数据存储服务器，用于计算路侧单元上传的数据信息，并将其存储；区块链网络：用于存储核心网中上传的所有数据的HASH散列值。2.根据权利要求1所述的基于区块链的车联网架构，其特征在于，所述区块链网络包括若干个代理节点、智能合约和矿工；每个代理节点均存储有HASH散列值数据的备份，共同维护区块链网络中的数据交互的正确性；智能合约包括车辆子身份联合规则、车辆子身份动态变化规则和车辆的信标信息的记录规则；矿工为区块链网络中参与处理区块的节点。3.一种基于区块链的车联网架构的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过代理节点形成区块链网络，并形成智能合约；S2、当车辆需要加入车联网时，车辆通过车载单元OBU发送一个注册请求给路侧单元RSU，并通过核心网上传至区块链网络中；S3、通过智能合约验证车辆上传的注册请求的有效性，判断该车辆是否合法，若是则进入步骤S4，否则进入步骤S5；S4、通过智能合约返回一个地址给车辆，并进入步骤S6；S5、将该不合法的车辆记录到区块链中，并广播到整个区块链网络中，进入步骤S7；S6、当合法的车辆发起信标信息上传请求时，通过路侧单元RSU将加密后的信标信息上传至核心网中，并进入步骤S7；S7、将车联网架构中的每一次数据交互均记录到区块链网络中。4.根据权利要求3所述的基于区块链的车联网架构的工作方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将所有的代理节点共同构成区块链网络，同时通过代理节点将车辆身份注册规则、车辆子身份联合规则、车辆子身份动态变化规则和车辆的信标信息记录加入到智能合约中。5.根据权利要求3所述的基于区块链的车联网架构的工作方法，其特征在于，所述步骤S4中，当车辆收到智能合约返回的地址后，通过构造一个多项式，将车辆的身份信息隐藏在该多项式中。6.根据权利要求3所述的基于区块链的车联网架构的工作方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：S61、在路侧单元RSU的协助下，将当前发送请求车辆与若干其他车辆自动组成群；S62、通过车载单元OBU发送请求，上传信标信息时，路侧单元RSU联合当前发送请求车辆的请求信息和群中其他车辆发送的请求信息，进行隐私加密，并将加密后的当前发送请求车辆的信标信息上传至核心网中。7.根据权利要求6所述的基于区块链的车联网架构的工作方法，其特征在于，所述步骤S61中通过无向图生成方法将当前发送请求的车辆与其他车辆自动组成群，且将该群映射成无向图；其中，无向图的生成方法具体为：A1、初始化群范围其中，为中心，为半径；其中，为当前车辆发送请求时的位置；为当前车辆发送车辆时的行驶速度；t为车辆U发送请求后完成相应群的无向图的生成时间；A2、计算出当前群范围A内的车辆个数N；A3、判断是否成立，若是则进入步骤A4，否则进入步骤A5；A4、对该群构造无向图G，并判断该无向图G是否属于完全图；若是，则进入步骤A5；否则，进入步骤A6；A5、修改群范围A的半径，更改群范围A的大小，并返回步骤A3；其中，修改群范围A的半径方式为：群范围A的半径从修改为k为上传到核心网中的车辆子身份数据、车辆位置信息数据和车辆请求信息数据的数量；A6、生成无向图G成功，并计算出无向图G的平均连通度其中，平均连通度用于表示无向图中联合信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，裴黎爽，廖丹，孙罡，金海焱，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51