基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，构建在以船联网、流言协议和关系网络为网络架构的区块链运行环境上；船舶借助其搭载的信息传输设备，与系统中其他船舶进行数据交换；使用基于DPoS共识机制的区块链生成原理，定期举行见证人选举，见证人负责轮流将船舶发出的数据打包成区块并上传至区块链并广播到其他船舶。本发明专利技术利用区块链的不可篡改性和公开性，加强陌生船舶间分享航行事件信息的可靠和可信性，可以为可能发生的纠纷提供有利证据，提高水上交通运输效率和保障航行安全。运输效率和保障航行安全。运输效率和保障航行安全。

【技术实现步骤摘要】
基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统


[0001]本专利技术涉及船联网和区块链技术，具体涉及一种基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统。

技术介绍

[0002]船舶在海面正常航行时往往需要与外界进行数据交换，如航行途中突遇极端天气或者由于本船发生机械故障需要向外界报告警示过往船舶，防止船舶碰撞事故的产生以及向他船进行信息获取等。因此，船舶数据交换机制及航行事件通告对船舶的日常运营起着至关重要的作用，是保障船舶安全航行的有效方法。
[0003]现有的船舶对外进行数据交换以及航行事件通告大多是基于船舶电子邮件和通过甚高频(Very High Frequency)进行人工口头交流的方式进行。但是对于船舶电子邮件来说很难有时效性，邮件的接收通常靠船员人为刷新进行确认，无法在第一时间获知最新信息，而通过甚高频(Very High Frequency)方式进行则无法便捷的保留沟通记录，即不具有查阅性，可能会导致双方的互相抵赖。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是：提供一种基于区块链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：本系统构建在以船联网、流言协议和关系网络为网络架构的区块链运行环境上；其中，船联网用于支持应用层数据在船舶之间的点对点、点对多点的传输，所述的点为船联网中的船舶，船舶的身份唯一地被数字证书标识；所述的流言协议建立在船联网上，用于将特定的消息以流言方式在船舶之间进行转发和传播；所述的关系网络为船舶拥有的自身网络，其中包括各自的邻居船舶；本系统以船联网中的船舶为节点，使用基于DPoS共识机制的区块链生成原理；船舶发现航行事件后，将航行事件的信息按预设的格式编码为信息报文，作为流言广播到其他船舶；船舶通过船联网接收到系统中其他船舶发送的信息报文；船舶根据自身获得的信息利用船舶数字证书对信息进行验证并发送反馈的功能报文；每隔T1时间，举行见证人选举；选举产生的见证人以固定的时间间隔T2将收集的信息报文和功能报文组装成区块上传至区块链并广播到其他船舶，其中T1表示见证人选举间隔、T2表示区块生成间隔；船舶上传信息报文或功能报文被视为一次交易，所有船联网中的船舶均拥有自己的信誉值，在发送信息报文或功能报文前需要支付一定信誉值；每个通告事件的信息报文对该事件设置有有效期Time
Expr
，只有在这个事件的有效期Time
Expr
之内，评价本次事件的功能报文在船联网上传播后才能被见证人打包上链；超过有效期Time
Expr
或者在有效期Time
Expr
以内对该事件进行撤销的功能报文播发并上链，则意味事件评议期结束，区块链系统统计各功能报文的数量，根据功能报文数量统计结果判断占优的功能报文种类，并进行相应的船舶信誉值更新，更新结果由见证人广播至所有船联网的船舶。2.根据权利要求1所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：所述的船联网中，任两艘船舶之间的通信链路根据实际的网络条件选取，作为候选的通信链路包括VDES、Inmarsat、4G/5G；所述的流言协议具体为：船舶在接收到信息报文后，根据发送方的船舶数字证书验证消息的完整性和鉴真操作，如验证成功，则将其发送给关系网络中的邻居船舶；验证失败，丢弃该信息报文；所述的关系网络中，每艘船舶根据自身背景和航行历史，与系统中部分船舶建立信任关系，从而组建自身的关系网络；船舶拥有其自身关系网络中所有船舶的公钥。3.根据权利要求1所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：所述的航行事件为根据航行要求预设的船舶在航行途中发现的紧急情况；所述的信息报文用于将发生的航行事件相关信息使用自然语言进行描述；信息报文由五个部分构成：第一部分为事件标识，包括报文类型Tpye
Msg
、报文长度Msg
Size
、事件类型Type
Event
、全局唯一的事件序列号Unique
Event
，用于唯一定位一个航行事件；第二部分为汇报事件船舶信息，包括报告船舶的标识ID
ShipIMO_Report
、报告船舶的角色Role、报告船舶发送报文的序列号Seq
Msg
，用于完整获取报告船舶的相关信息；第三部分为事件详情，包括事件描述Description
Event
、事件发生地点的经纬度Location
Event
、事件有效期Time
Expr
，用于了解事件的现状；第四部分为信息报文发送明细，包括信息报文的信息摘要Hash
Msg_Report
以及信息报文的发送时间戳TimeStamp
Report
；第五部分为报文防篡改以及抗抵赖信息，即报告船舶使用自己的私钥对报文信息摘要Hash
Msg_Report
进行签名；
除信息报文的发送船舶以外，任何船舶均可以通过功能报文对信息报文进行评议，评议内容包括事件的附议、质疑、否定；而对于事件的撤销只能由开始播发此事件的船舶自身才能用功能报文将其撤销；功能报文由四个部分构成，第一部分为回应航行事件的相关情况，包括报文类型Tpye
Msg
、报文长度Msg
Size
、回应事件的序列号Unique
Event
、回应船舶的船舶标识ID
ShipIMO_Reply
、回应船舶的经纬度Location
Reply
；第二部分为回应结果，即针对事件的评议Comment，包括对回应事件的撤销、附议、质疑或否定；第三部分为功能报文发送明细，包括功能报文的信息摘要Hash
Msg_Reply
以及功能报文的发送时间戳TimeStamp
Reply
；第四部分为功能报文防篡改以及抗抵赖信息，即回应船舶使用自己的私钥对报文信息摘要Hash
Msg_Reply
进行签名。4.根据权利要求3所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，所述信息报文格式表示形式如下：Tpye
Msg
|Msg
Size
|Type
Event
|Unique
Event
|ID
ShipIMO_report
|Role|Seq
Msg
|Description
Event
|Location
Event
|Time
Expr
|TimeStamp
Report
|Hash
Msg_Report
|SIG
Pri_Report
[Hash
Msg_Report
]各个字段都长度固定且以字符串的形式填充，具体描述如下：报文类型Tpye
Msg
：以约定好的标识来区分该报文为信息报文或者功能报文；报文长度Msg
Size
：以约定好的数值来限制报文的长度；事件类型Type
Event
：事件类型包含求助、水上交通事故、影响航行的事件，取值为相应的3个枚举值R_Alarm，R_Accident，R_Incident；全局唯一的事件序列号Unique
Event
：采用阿拉伯数字来表示，且为全局唯一；报告船舶的标识ID
ShipIMO_report
：采用报告船舶的IMO编号；报告船舶的角色Role：以约定好的标识来区分该船舶角色为当事者船舶还是旁观者船舶；报告船舶的报文序列号Seq
Msg
：为该船舶自主生成的报文序列号，采用阿拉伯数字表示；事件描述Description
Event
：采用自然语言描述，以字节为单位且字段长度控制在限定长度以内，未用满的空间需要用占位符填充满；事件发生地点的经纬度Location
Event
：采用大写的英文字母和阿拉伯数字以及符号表示；事件有效期Time
Expr
：表明广播该航行事件在此时间内有效，即接受评议的时间期限；报文时间戳TimeStamp
Report
：信息报文的发送时间；报文信息摘要Hash
Msg_Report
：使用符合保密要求的加密函数对信息报文进行散列化之后的结果；报告船舶的私钥签名SIG
Pri_Report
[]：对报文信息摘要用报告船舶的私钥签名，防止报文被篡改以及提供抗抵赖功能，报告船舶也即ID
ShipIMO_report
。5.根据权利要求3所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，所述的功能报文格式表示形式如下：Tpye
Msg
|Msg
Size
|Unique
Event
|ID
ShipIMO_Reply
|Location
Reply
|Comment|TimeStamp
Reply
|Hash
Msg_Reply
|SIG
Pri_Reply
[Hash
Msg_Reply
]
各个字段都长度固定且以字符串的形式填充，具体描述如下：报文类型Tpye
Msg
：以约定好的标识来区分该报文为信息报文或者功能报文；报文长度Msg
Size
：以约定好的数值来限制报文的长度；回应事件的序列号Unique
Event
：采用阿拉伯数字来表示，且为全局唯一，对于功能报文而言，针对的事件序列号是某个已播发的信息报文中事件的序列号；回应船舶的船舶标识ID
ShipIMO_Reply
：采用回应船舶的IMO编号；回应船舶的经纬度Location
Reply
：采用大写的英文字母和阿拉伯数字以及符号表示；事件的评议Comment：以约定好的标识来表明回应船舶对特定的航行事件持有的态度，包括对航行事件的撤销、附议、质疑或否定，取值为相应的4个枚举值EventRevoke，EventAgree，EventDoubt，EventDisagree，对于求助事件的信息报文不发送功能报文进行评议；报文时间戳TimeStamp
Reply
：功能报文的发送时间；报文信息摘要Hash
Msg_Reply
：使用符合保密要求的加密函数对功能报文进行散列化之后的结果；回应船舶的私钥签名SIG
Pri_Reply
[]：对报文信息摘要用回应船舶的私钥签名，防止报文被篡改以及提供抗抵赖功能，回应船舶也即ID
ShipIMO_Reply
。6.根据权利要求1所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：当船舶发布的是求助事件的信息报文、或撤销事件的功能报文，需要支付的信誉值为0；发布其他两类事件的信息报文，或发布其他三类功能报文，支付预设数量的信誉值Credit
Pay
。7.根据权利要求1所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：所述的见证人的选举过程如下：初始的见证人由系统随机进行选取产生；见证人任职周期为T1，在每轮见证人的任职周期到期之后，组织除现任见证人外的所有船舶进行投票选举，以得票最高的几个船舶替换在任时间最长的同数量现任见证人；区块链中除现任见证人以外的所有节点船舶均有权参与选举；见证人的数目W与系统中船舶数目成正相关；新区块上链的过程如下：按照固定的时间间隔T2对轮值记录区块链的见证人对这期间所有的信息报文和功能报文打包放入区块，将该区块上传至区块链并广播到所有船舶进行同步，轮值见证人本身从该行为获得一定的信誉值作为奖励。8.根据权利要求7所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：见证人收集系统中船舶发送的报文并将其组装成区块；区块由区块头和区块体两部分组成；区块头中包含区块号、生成区块的时间戳、区块哈希值、上一区块哈希值、报文根哈希值和见证者的私钥签名；区块体中以哈希树的形式存储了见证人所打包的报文，哈希树的叶节点为报文信息，中间节点和根节点为对下一层信息进行哈希计算后的哈希值。9.根据权利要求1所述的基于区块链的船舶数据交换机制及航行事件通告和验证系统，其特征在于：所述信誉值的更新方式如下：各船舶广播信息报文或功能报文时，先支付一定量的信誉值Credit
Pay
；当广播的信息报文通过见证人组装的区块上链后，除信息报文的发送船舶以外的所有船舶可选择地对该
信息报文进行评议，评议通过广播功能报文实现；在一个事件的评议到期后，区块链系统统计各功能报文对事件三种评议结果的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，叶挺，陈鹏，吴兵，吕洁印，
申请(专利权)人：深圳中集智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：