一种车联网中基于智能合约的公平支付系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种车联网中基于智能合约的公平支付系统及其工作方法，包括请求端、路测单元、多个目击端和区块链；所述区块链上搭载有智能合约；所述请求端与所述路侧单元通信相连，用以将目标区域道路信息请求发送给路侧单元，所述请求端还将需要支付的报酬存放在智能合约中；所述路侧单元根据所述请求端的请求进行广播并收集目击端；所述每个目击端为所述请求端提供目标区域的目击信息，并在智能合约中完成承诺并由智能合约验证目击信息的正确性和完整性；若该目击端的目击信息为多数信息，则目击端获得信息费；否则，恶意目击端将因提供虚假消息而被惩罚。本发明专利技术实现目击信息的承诺与验证，保证目击端、路侧单元和请求端之间的公平支付。

A fair payment system based on smart contract and its working method in the Internet of vehicles

【技术实现步骤摘要】
一种车联网中基于智能合约的公平支付系统及其工作方法
本专利技术涉及区块链与车联网领域，特别是一种车联网中基于智能合约的公平支付系统及其工作方法。
技术介绍
随着物联网的发展，越来越多的“设备”将连接到互联网，其中车辆将占很大部分，物联网的新时代正在推动传统车载自组网(VANET)向车联网(IoV)发展。车载自组网是一种特殊类型的移动自组织网络，用于车辆与路侧单元(RSU)之间的通信。车辆信息广播网络作为车载自组网的重要组成部分，通过交换道路交通信息，可以提高交通的安全性和效率。为了保证车辆信息广播网络中的安全通信，在建立信息广播系统前需要解决安全和隐私问题，同时需要调动用户回复广播的积极性，所以在建立车辆信息广播系统时存在两个需要解决的问题。首先，在理想的情况下，因为广播通常涉及用户的隐私信息，所以信息应在网络上匿名转发。然而，匿名信息不能保证信息的可靠性，从而降低了信息的可信度，所以需要解决匿名信息的可靠性问题。其次，参与用户缺乏回复广播信息的积极性。若用户不能从回复广播信息中获得收益，就会失去回复广播的动力，所以需要适当的报酬激励用户回复广播，需要解决公平支付问题。现有的系统采用门限身份认证方案保证信息的匿名性与可靠性。在门限身份认证方案中，只有当信息被超过阈值数量的车辆确认后，接收者才接受该信息。现有方案中的阈值匿名广播，包括直接匿名认证和一次性匿名认证的方案。然而恶意用户的凭证无法被有效的撤销，导致频繁的恶意车辆攻击，降低方案的效率。现有方案中提出的一种基于分布式群模型的阈值匿名认证协议，通过增加分布式群的复杂性，实现了匿名性、可跟踪性，同时解决信息的可链接性问题。Kounga等人提出一个安全架构来控制假名的产生，使用一种安全的硬件机制，并在不同的场景中改变阈值来防止女巫攻击。同时现有的一些解决方案结合群签名保证信息的可靠性与可链接性。利用一次性身份验证和可链接群签名识别恶意用户，当发现背书信息为假时，提供了对信息生成者及其背书人进行后验跟踪的可能性。然而，跟踪阶段需要昂贵的配对操作，因此跟踪可疑信息的效率较低。采用安全的路侧单元管理来实现匿名控制，并基于属性加密的自适应多媒体数据转发协议。然而，设计采用安全的路侧单元管理来实现匿名控制，并基于属性加密的自适应多媒体数据转发协议的方案是困难的，路侧单元在传统的车载自组网中被认为是一种低安全级别的硬件，因此路侧单元要隐藏或加密数百条原始信息是不安全的。所以技术人员利用群签名来解决车载自组网中签名的可链接性，此方案中组用户间共享相同的私钥，这在隐私方案中被认为是不安全的。相关学者还提出了一种路侧单元辅助协议，使用群签名，减少恶意用户的影响，支持本地检测，对恶意节点具有高效的可跟踪性，用于抵御女巫攻击。然而，其无法在具有稀疏路侧单元的地区有效工作。然而，如果没有激励机制，其在转发消息时仍然会遇到用户激励问题。区块链技术的出现引入了一种新的去中心化的支付模式来解决这些问题，它不受任何中央机构的控制。区块链中的智能合约是一种自动执行的合同，其条款(买卖双方之间的约定)被直接写入计算机的代码行。智能合约允许匿名方之间进行可信的交易和协议，而无需中央权威机构、法律体系的参与。因此，区块链和智能合约适合在车辆信息广播系统中执行验证操作，以实现请求者和目击者之间公平支付。智能合约实际上是一种数字化的法律合同，该法律合同由计算机执行的程序表示。智能合约可以在不需要可信的第三方(TTP)的情况下，在参与者之间建立起信任关系。由于缺乏可编程的数字系统，直到比特币和以太坊平台的出现，智能合约才由概念第一次转为了现实。比特币的脚本语言是智能合约的第一个不完善的版本，它缺乏图灵完备性和高可伸缩性。与比特币相比，以太坊被称为可编程的区块链。以太坊不像比特币那样预先定义一组脚本内容，而是允许用户根据实际需要编写复杂的智能合约。以太坊平台允许外部用户调用合约账户的智能合约来实现特定的功能。外部账户和合约帐户都被一个20字节的十六进制字符串所标识，例如0xca35b7d915458ef540ade6068dfe2f44e8fa733c。以太坊智能合约以字节码的格式存储在以太坊区块链上，并在以太坊虚拟机(EVM)中执行。一个智能合约可能包含多个函数。因此，智能合约调用者需要一个应用程序二进制接口(ABI)来指定要调用合约中的哪个函数以及输出的格式。在以太坊中，用户可以利用私钥控制自己的外部账户，例如将以太币汇款到另一个地址。目前基于区块链的车辆信息广播系统方案使用区块链构建信用网络，实现了公平支付，但是，这些方案依赖信任的第三方机构来识别和追踪恶意用户，需要增加公平支付激励用户。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种车联网中基于智能合约的公平支付系统及其工作方法，使用智能合约作为公平的仲裁端，实现目击信息的承诺与验证，保证目击端、路侧单元和请求端之间的公平支付。本专利技术采用以下方案实现：一种车联网中基于智能合约的公平支付系统，包括请求端、路测单元、多个目击端和区块链；所述区块链上搭载有智能合约；所述请求端与所述路侧单元通信相连，用以将目标区域道路信息请求发送给路侧单元，所述请求端还将需要支付的报酬存放在智能合约中；所述路侧单元根据所述请求端的请求进行广播并收集目击端；所述每个目击端为所述请求端提供目标区域的目击信息，并在智能合约中完成承诺并由智能合约验证目击信息的正确性和完整性；若该目击端的目击信息为多数信息，则目击端获得信息费；否则，恶意目击端将因提供虚假消息而被惩罚。进一步地，本专利技术还提供一种基于权利要求1所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，包括以下步骤：步骤S1：系统初始化参数，请求端将道路信息请求发送给路侧单元，同时将需要支付的报酬存放在智能合约中；步骤S2：所述路侧单元验证请求和报酬后，为请求端广播请求并收集目击端；步骤S3：参与的每个目击端对目击信息进行签名，将其插入到区块链上的布隆过滤器中，作为一个承诺存放在智能合约中；同时目击端存放押金在智能合约中，当恶意目击端未揭露信息或其目击信息不为多数时，恶意目击端将失去押金；步骤S4：当所有目击端完成承诺，目击端提供目击信息与该信息的签名到智能合约中，用以验证该信息的存在；步骤S5：根据目击信息，智能合约计算出多数信息；若目击端的目击信息为多数信息，则目击端通过智能合约获得信息费；若存在恶意目击端没有揭露承诺的信息或该目击信息不为多数信息，执行索赔阶段，恶意目击端将失去存在智能合约中的押金。进一步地，步骤S1中所述系统初始化的具体内容为：首先初始化参数，令H＝{h1,…,hk}为一组哈希函数，每个哈希函数将数据映射成对应的哈希值；请求端为R、路侧单元为RSUs和目击端为W，各自选择在区块链上的ECDSA公私钥对，分别用(pkR,skR)、(pkRSUs,skRSUs)和表示；请求端初始化智能合约中布隆过滤器BF的初始值，将m位的布隆过滤器每位设置为0。进一步地，所述步骤S1的具体内容为：请求端将本次请求的服务费与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车联网中基于智能合约的公平支付系统，其特征在于：包括请求端、路测单元、多个目击端和区块链；所述区块链上搭载有智能合约；所述请求端与所述路侧单元通信相连，用以将目标区域道路信息请求发送给路侧单元，所述请求端还将需要支付的报酬存放在智能合约中；所述路侧单元根据所述请求端的请求进行广播并收集目击端；所述每个目击端为所述请求端提供目标区域的目击信息，并在智能合约中完成承诺并由智能合约验证目击信息的正确性和完整性；若该目击端的目击信息为多数信息，则目击端获得信息费；否则，恶意目击端将因提供虚假消息而被惩罚。/n

【技术特征摘要】
1.一种车联网中基于智能合约的公平支付系统，其特征在于：包括请求端、路测单元、多个目击端和区块链；所述区块链上搭载有智能合约；所述请求端与所述路侧单元通信相连，用以将目标区域道路信息请求发送给路侧单元，所述请求端还将需要支付的报酬存放在智能合约中；所述路侧单元根据所述请求端的请求进行广播并收集目击端；所述每个目击端为所述请求端提供目标区域的目击信息，并在智能合约中完成承诺并由智能合约验证目击信息的正确性和完整性；若该目击端的目击信息为多数信息，则目击端获得信息费；否则，恶意目击端将因提供虚假消息而被惩罚。


2.一种基于权利要求1所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：系统初始化参数，请求端将道路信息请求发送给路侧单元，同时将需要支付的报酬存放在智能合约中；
步骤S2：所述路侧单元验证请求和报酬后，为请求端广播请求并收集目击端；
步骤S3：参与的每个目击端对目击信息进行签名，将其插入到区块链上的布隆过滤器中，作为一个承诺存放在智能合约中；同时目击端存放押金在智能合约中，当恶意目击端未揭露信息或其目击信息不为多数时，恶意目击端将失去押金；
步骤S4：当所有目击端完成承诺，目击端提供目击信息与该信息的签名到智能合约中，用以验证该信息的存在；
步骤S5：根据目击信息，智能合约计算出多数信息；若目击端的目击信息为多数信息，则目击端通过智能合约获得信息费；若存在恶意目击端没有揭露承诺的信息或该目击信息不为多数信息，执行索赔阶段，恶意目击端将失去存在智能合约中的押金。


3.根据权利要求2所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，其特征在于：步骤S1中所述系统初始化的具体内容为：首先初始化参数，令H＝{h1,…,hk}为一组哈希函数，每个哈希函数将数据映射成对应的哈希值；请求端为R、路侧单元为RSUs和目击端为W，各自选择在区块链上的ECDSA公私钥对，分别用(pkR,skR)、(pkRSUs,skRSUs)和表示；请求端初始化智能合约中布隆过滤器BF的初始值，将m位的布隆过滤器每位设置为0。


4.根据权利要求2所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，其特征在于：所述步骤S1的具体内容为：请求端将本次请求的服务费与信息费存放到智能合约中，并将道路信息请求发送给所述路侧单元；在请求中，请求端设置所需目击端的数量n、多数信息的阈值θ、指定时间t、请求道路交通信息的区域即目标区域、支付给路侧单元以及目击端的报酬即服务费与信息费fee，其中阈值θ为一个正整数，满足所需目击端的数量n≥3，指定时间t，1分钟<t<60分钟；当路侧单元确认全部报酬(n+1)×fee已经存放到智能合约中，路侧单元为请求端在目标区域广播该请求；目击端在两种信息msgA或msgB中选择一个作为目击信息承诺到智能合约中，当目击端的所有目击信息数量超过阈值θ时所述请求端接受该信息。


5.根据权利要求2所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，其特征在于：步骤S2中所述收集目击端的具体内容为：路侧单元在目标区域为请求端广播请求，收集目击端加入该请求中，当目击端想要加入该请求时，路侧单元验证目击端的位置；若该位置在目标区域内，则加入请求，否则不加入；当路侧单元收集了n个目击端后，目击端Wi将其目击信息msgi的签名插入到智能合约的布隆过滤器中。


6.根据权利要求2所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，其特征在于：所述步骤S3的具体内容为：对于i∈[1,n]，目击者Wi先对目击信息msgi签名，获得签名在获得签名后，目击端Wi调用智能合约中的CommitMsg(·)模块将签名插入到智能合约中的布隆过滤器BF中，保存签名的目击信息msgi，用以使得其他目击端无法获得msgi；在目击信息msgi存放在区块链上的时候，目击端Wi需同时存放一笔押金deposit在智能合约中，若该目击端的目击信息不为多数信息将失去押金；令deposit≥n×fee，用以使得恶意目击端Wj对请求者有足够的赔偿；当目击端将押金存放到智能合约中，则目击端才完成对其目击信息的承诺；若恶意目击端未揭露目击信息或目击信息不为多数信息时，则请求端能够在索赔阶段获得补偿。


7.根据权利要求5所述的一种车联网中基于智能合约的公平支付系统的工作方法，其特征在于：所述步骤S4的具体内容为：
当所有目击信息插入到区块链上的布隆过滤器后，每个目击端需在时间t前提供目击信息msgi和目击信息的签名其中，1分钟<t&...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旸，陈嘉良，郭文忠，刘西蒙，郑相涵，董晨，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35