基于区块链的半分布式车辆违章举报方法技术

本发明专利技术公开一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，应用于车联网领域，为解决集中式举报容易出现单点失败导致违章记录遭到破坏，系统崩溃，以及对违章用户无法起到及时举报的问题。本发明专利技术基于半分布式工作方式，举报用户需向认证中心集中请求身份认证，并应用区块链技术共享和存储实时违章举报信息，使得任何车辆用户都可实时查询违章记录，收到来自新区块消息的警告并修正自身行为。本发明专利技术通过身份注册过程保证信息可靠性，举报用户只需要将违章证据文件的哈希值保存在区块链上，降低了上传证据文件的通信开销，本发明专利技术还使用PoW与PoS结合的共识算法，利用举报信息的可信度降低PoW算法中的计算工作量，提高了实时举报消息的吞吐量。

Semi distributed vehicle violation reporting method based on blockchain

The invention discloses a semi distributed vehicle violation reporting method based on blockchain, which is applied in the field of Internet of vehicles. In order to solve the problem that centralized reporting is prone to single point failure, resulting in violation record damage, system collapse, and failure to report violations to users in a timely manner. Based on the semi distributed working mode, the reporting user needs to request identity authentication from the certification center, and uses the blockchain technology to share and store the real-time violation reporting information, so that any vehicle user can query the violation record in real time, receive the warning from the new block message and correct their behavior. The invention ensures the information reliability through the identity registration process, and the reporting user only needs to save the hash value of the violation evidence file on the blockchain, which reduces the communication cost of uploading the evidence file. The invention also uses the consensus algorithm combining POW and POS, reduces the calculation workload in the pow algorithm by using the reliability of the reporting information, and improves the throughput of the real-time reporting message.

【技术实现步骤摘要】
基于区块链的半分布式车辆违章举报方法
本专利技术属于车联网领域，特别涉及一种基于区块链的车辆违章举报技术。
技术介绍
自动驾驶技术要求车辆能够处理实时采集的大量视频和图像数据，并且在5G技术的加持下，车辆能够与外界以更高的速率交互数据，这一切旨在提高道路交通的安全和效率。如果车辆在行驶过程中采集了其他车辆的实时违章信息，作为交通行为的参与方，车辆有义务上报目击的违章行为。违章信息记录后，一方面对违章车辆提出警告，督促其改正当前可能正在继续发生的违法行为。另一方面对违章车辆做出惩罚。目前的车辆违章举报主要依赖于集中式记录方式，即用户将被举报违章行为发生的地点、时间、证据发送给交警局，由交警局审查违章证据，做出相应的处罚。集中式的举报信息处理存在着信息不透明，内部可能存在腐败，举报信息处理效率低等问题，被举报用户不能在第一时间察觉自身的交通违法行为并及时更正自身行为。区块链最早应用成功的技术是2008年11月1日由中本聪提出的比特币，在其发表的比特币白皮书中给出了详细的技术途径。区块链是一种分布式存储的数据结构，每个区块中存储了由众多区块链节点认可的交易事务，每个区块链节点都可以获取整个区块链的数据，与全局保持一致。区块的身份是由SHA256哈希加密算法计算的哈希值来独特标识的，由于区块头部中包含了上一个区块的哈希值，所以区块与区块之间是互相链接的。区块链可以视为一个垂直的堆栈结构，每个新生成的区块都放在区块链的顶部，区块链的第一个区块是整个堆栈的基础。区块链通过这种叠加的层次结构增加了数据的防篡改性和防抵赖性。在比特币中，由于交易是区块中的公开信息，所以任何账户的资金储蓄都是公开透明的。虽然账户的历史交易信息是公开的，但是比特币账户与用户的真实身份没有任何关联，所以比特币系统能对用户的真实身份实现有效的隐私保护。账户发起的交易信息是否是有效的交易是由其他区块节点进行验证，由于其他节点可以通过查询区块链历史消息获得某个账户的交易记录，所以可以判别当前交易发起方是否能够提供足够的资金输入。本专利技术实现的半分布式举报系统与比特币所实现的区块链系统不同，容许没有交易记录的用户也能够发起举报行为，因为半分布式系统引入了认证中心实体能够对用户真实身份与匿名身份进行限制。如果用户能够得到认证实体提供的身份证明，就能注册成为合法的用户，进而参与举报活动。本专利技术应用分布式区块链平台“以太坊”中的智能合约进行身份注册。智能合约在1990年代由密码学家NickSzabo首次提出，他将智能合约定义为“一系列由数字形式规定的承诺，包括协议双方履行其他承诺的协议。”，在区块链平台“以太坊”专利技术后，智能合约有了新的定义。其本质是不可更改的计算机程序，这类程序运行在“以太坊”虚拟机上。智能合约由交易事务启动。对于任何运行相同智能合约的计算机，在给定了初始该程序的交易和当前区块链状态后都能得到相同的输出。智能合约一旦部署到区块链上后将无法修改其代码内容，并且实现该智能合约的代码对任何人都是公开透明的。如果需要对合约内容做出修改，只能删除该合约实现的功能使其成为一个空账户再重新定义一个新的智能合约。目前在车联网中的区块链应用主要有以下几个方面：(1)基于区块链的车联网节能交易模型。V.Sharma,"AnEnergy-EfficientTransactionModelfortheBlockchain-EnabledInternetofVehicles(IoV),"inIEEECommunicationsLetters,vol.23,no.2,pp.246-249,Feb.2019：该文提出车辆在更新区块链状态时由于交易事务数量庞大车辆能耗需求过高的问题。该文引用分布式集群优化对车联网中的交易数量进行限制，数值结果表明，该文提出的优化方法与传统区块链模式相比，降低能耗40％，减少交易数量80％。(2)车联网中基于属性区块链的半集中式交通信号控制模式。L.Chengetal.,"SCTSC:ASemicentralizedTrafficSignalControlModeWithAttribute-BasedBlockchaininIoVs,"inIEEETransactionsonComputationalSocialSystems.doi:10.1109/TCSS.2019.2904633：该文提出的模型权衡了用户的隐私性与信息可用性，根据车辆行驶的方向，位置对车辆进行基于属性的分组，使得分组内的车辆对信号灯达成一致的控制决定，提高交通的效率。(3)车联网中利用区块链技术进行验证与隐私保护。R.SharmaandS.Chakraborty,"BlockAPP:UsingBlockchainforAuthenticationandPrivacyPreservationinIoV,"2018IEEEGlobecomWorkshops(GCWkshps),AbuDhabi,UnitedArabEmirates,2018,pp.1-6.doi:10.1109/GLOCOMW.2018.8644389：该文提出一种分布式、可扩展、健壮的架构实现隐私保护与认证。(4)基于区块链技术的车联网认证改进方案。X.Wang,P.Zeng,N.Patterson,F.JiangandR.Doss,"AnImprovedAuthenticationSchemeforInternetofVehiclesBasedonBlockchainTechnology,"inIEEEAccess,vol.7,pp.45061-45072,2019.doi:10.1109/ACCESS.2019.2909004:该文设计了一种分布式的车联网认证方案，该设计结构包含三个实体，可靠的云服务提供方，车辆和路旁单元。车辆向路旁单元发送个人身份信息用于注册，路旁单元在检测该身份的有效性后对该消息进行加密并发送至云服务提供商。云服务商决定是否将该车辆的信息写入可信赖名单，并公布到其他路旁单元。最后路旁单元会向请求注册车辆发送唯一标识该车辆的关键密钥，进而结束注册过程。
技术实现思路
为解决集中式举报容易出现单点失败导致违章记录遭到破坏，系统崩溃的情况，其次在集中式举报系统工作模式下，数据中心需要处理大量举报消息并验证举报消息的真实性，存在举报内容无法实时更新的缺点，对违章用户无法起到及时举报的问题；本专利技术提出一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，在应用了区块链技术实现分布式举报的基础上，引入了PoW与PoS结合的共识算法，进一步提高了区块中举报消息的吞吐率，为举报消息实时公开提供了支持；本专利技术在举报消息中添加了证据的摘要，防止证据被恶意篡改或提供虚假消息的发生。本专利技术采用的技术方案为：一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，包括：S1、用户身份注册；S2、举报用户采集车辆违章证据文件，并将采集的证据文件进行本地保存，举报用户识别违章车辆对应的车牌信息与违章类型，将至少包括车牌信息、违章类型以及证据文件的哈希值的举报消息加密封装为“举报消息包”发送至可通信的RSU；S3、当步骤S2中所述的可通信的RSU验证举报用户地址合法后，对接收到的举报消息包进行解密得到举报消息，然后根据车牌信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，其特征在于，包括：S1、用户身份注册；S2、举报用户采集车辆违章证据文件，并将采集的证据文件进行本地保存，举报用户识别违章车辆对应的车牌信息与违章类型，将至少包括车牌信息、违章类型以及证据文件的哈希值的举报消息加密封装为“举报消息包”发送至可通信的RSU；S3、当步骤S2中所述的可通信的RSU验证举报用户地址合法后，对接收到的举报消息包进行解密得到举报消息，然后根据车牌信息与违章类型对举报消息进行分类，并根据同一分类中各举报消息的可信度计算该分类举报消息集合的可信度；S4、RSU将可信度最高的举报消息集合放入待发布区块，RSU根据该可信度最高的举报消息集合中各举报消息的可信度计算该待发布区块的发布难度；S5、RSU根据步骤S4得到的待发布区块的发布难度确定一个随机数；S6、RSU对外公布已准备好的待发布区块及其对应的随机数，当待发布区块发布到区块链上后，所有区块链网络中的节点更新本地保存的区块链信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，其特征在于，包括：S1、用户身份注册；S2、举报用户采集车辆违章证据文件，并将采集的证据文件进行本地保存，举报用户识别违章车辆对应的车牌信息与违章类型，将至少包括车牌信息、违章类型以及证据文件的哈希值的举报消息加密封装为“举报消息包”发送至可通信的RSU；S3、当步骤S2中所述的可通信的RSU验证举报用户地址合法后，对接收到的举报消息包进行解密得到举报消息，然后根据车牌信息与违章类型对举报消息进行分类，并根据同一分类中各举报消息的可信度计算该分类举报消息集合的可信度；S4、RSU将可信度最高的举报消息集合放入待发布区块，RSU根据该可信度最高的举报消息集合中各举报消息的可信度计算该待发布区块的发布难度；S5、RSU根据步骤S4得到的待发布区块的发布难度确定一个随机数；S6、RSU对外公布已准备好的待发布区块及其对应的随机数，当待发布区块发布到区块链上后，所有区块链网络中的节点更新本地保存的区块链信息。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，其特征在于，步骤S3所述的同一分类中各举报消息的可信度根据以下四个部分计算得到：第一部分为举报用户的可信度；第二部分为被举报用户发生违章行为的可信度；第三部分为违章行为所在地区发生该类违章行为的可信度；第四部分为同一违章行为分类中的举报数量可信度。3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，其特征在于，某举报消息的可信度计算式为：其中，Rjq表示该举报消息，α表示举报用户的可信度Cr(Addr(Rjq))对应的归一化参数，β表示被举报用户发生违章行为的可信度Cr(Lp(Rjq))对应的归一化参数，γ表示违章行为所在地区发生该类违章行为的可信度Cr(Loc(Rjq))对应的归一化参数，表示该分组内的举报数量Num(Ej)与该待发布区块中包含的举报数量TXmax的比值。4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的半分布式车辆违章举报方法，其特征在于，步骤S4所述的计算该待发布区块的发布难度，具体为：引入PoS算法计算PoW算法中的工作难度，计算过程为：首先计...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，解晋，张科，冷甦鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51