一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，能够在给定的成本约束下，有效刺激工人参与群智感知任务，最大化覆盖函数，同时保证用户的隐私性；本发明专利技术提出的基于区块链的群智感知系统，能够实现去中心化，并保证隐私性和安全性；本发明专利技术提出的激励机制方法，能够在给定预算下最大化覆盖函数，进行用户招募过程和报酬计算过程；本发明专利技术基于区块链的智能合约设计了具体协议，能够适用于大部分区块链系统；本发明专利技术提出的激励机制具有计算有效性、个体理性、真实性、近似度和隐私保护性，能够比同类算法取得更高的覆盖、更低的支付以及更完备的安全性，包括授权认证、用户匿名和用户数据隐私。匿名和用户数据隐私。匿名和用户数据隐私。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法


[0001]本专利技术涉及物联网应用、近似算法、分布式系统领域，特别涉及一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法。

技术介绍

[0002]群智感知是一种结合了移动设备感知能力和众包的数据收集方式，能够借助一般用户的力量收集大规模的感知数据；群智感知目前已广泛应用于多个领域，包括交通监测、环境检测、医疗保护、基于位置的服务等；群智感知具有高扩展性和低专业要求的特性。
[0003]传统群智感知系统过于依赖中心化的服务器，具有单点故障的问题，因而缺失了群智感知系统的鲁棒性；因此，引入区块链技术，取代传统服务器，实现去中心化的群智感知系统，有利于提高群智感知系统的安全性；目前大部分区块链支持智能合约技术，智能合约能够实现系统设定的协议功能，自动、可信地执行给定任务，适合用于实现群智感知流程中的具体交互。
[0004]目前限制群智感知的主要问题是参与度不足和数据质量不稳定，因此为群智感知系统设计有效的激励机制以提高参与度，是至关重要的；激励机制的目标是选择合适的群智感知参与者，并根据他们的贡献支付一定金钱形式的奖励；目前主流的设计思路是，设定一个优化目标，例如最大化群智感知平台的收益，据此选择合适的群智感知参与者，并决定给予他们的支付报酬。
[0005]目前基于区块链的激励机制设计存在以下问题：部分工作设计了多样的激励机制，却忽略了如何在区块链中通过智能合约实现这些机制，因而这些工作并不具备普适性；一些工作在设计优化场景时主要是优化实体的收益，而忽略了群智感知中的数据质量因素的重要性；大部分工作都认为是区块链以及智能合约是具备很高安全性的，但实际上，由于区块链的公开性和智能合约的透明性，激励机制的运行很容易造成隐私泄露，抑制用户的参与积极性。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术设计了一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，能够在给定的成本约束下，有效刺激工人参与群智感知任务，最大化覆盖函数，同时保证用户的隐私性；本专利技术提出的基于区块链的群智感知系统，能够实现去中心化，并保证隐私性和安全性；本专利技术提出的激励机制方法，包括用户招募过程和报酬计算过程；本专利技术基于区块链的智能合约，根据群智感知的步骤设计了具体协议，能够适用于大部分区块链系统；本专利技术提出的激励机制方法具有计算有效性、个体理性、真实性、近似度和隐私保护性，能够比同类算法取得更高的覆盖、更低的支付以及更完备的安全性，包括授权认证、用户匿名和用户数据隐私。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，其包括以下步
骤：步骤1：对基于区块链的群智感知系统进行设计和数学建模，基于反向拍卖，建立包含请求者、工人、区块链和激励机制的群智感知系统结构，建立请求者、工人、群智感知任务、报酬和工人收益的数学模型；步骤2： 基于位置相关的群智感知系统的特点，设计覆盖函数作为优化目标，并构建预算约束下最大化覆盖函数的优化问题；步骤3： 基于区块链的智能合约技术，设计群智感知隐私保护激励机制框架，共包含六个阶段：注册阶段、任务投递阶段、投标阶段、工人招募阶段、数据提交阶段和支付阶段；步骤4：注册阶段中，工人和请求者在区块链上进行注册，以取得身份凭证，用于后续操作中的认证，并用椭圆曲线密码学作为公私钥体系；步骤5：任务投递阶段中，完成注册后的请求者通过调用任务投递合约将自己的群智感知任务发布到区块链上；步骤6：投标阶段中，完成注册后的工人通过调用投标合约进行竞标操作，为了保证标书的隐私性，标书是以Pedersen承诺的形式上传到区块链的，为了保证工人的匿名性，采用了环签名方法作为认证方式；步骤7：工人招募阶段中，所有参与竞标的工人需要揭露自己的真实标书，标书揭露合约会对工人的投标信息进行核实，并排除所有信息非法的工人，剩余工人的信息将作为输入送给激励机制合约，激励机制合约在预定时间会自动执行，并将得到的结果公布；步骤8：数据提交阶段中，所有赢家需要将自己的数据加密后提交到星际文件系统中，并将数据的摘要和存储地址加密后通过数据提交合约上传到区块链中；步骤9：支付阶段中，请求者给予每个赢家一定报酬，该报酬由激励机制计算得到。
[0008]进一步，所述步骤1中，群智感知系统结构如下：群智感知系统包括请求者、工人、区块链和激励机制四种角色；请求者是感知任务的发起者，请求者集合用表示，的任务集合用表示，包含个感知任务；工人是感知任务的执行者，工人集合用表示，共包含个工人；区块链为群智感知提供安全平台；激励机制是区块链上部署的程序，其目标是选择工人并决定给予工人的报酬；每个工人提交一个三元组标书，其中是工人的位置，是该工人的任务集合，包含其愿意执行的所有任务，是工人的报价，用表示工人的真实成本，是私密的只有本人知道；给定标书档案，激励机制的目标是选择一个赢家集合，并决定给予每个赢家的报酬，赢家的报酬大小应取决于其对任务的贡献，用表示档案，其中是给予工人的报酬，如果工人是输家，则；工人的收益能够通过报酬减去真实成本计算，即
。
[0009]进一步，所述步骤2中，考虑位置相关的群智感知系统，定义覆盖函数如下：，其中是任务的权重，由任务的位置重要性和价值决定，是任务被集合中的工人执行的次数，是控制收益递减梯度的系统参数，用和分别表示任务的位置重要性和价值，权重计算公式为，其中是平衡参数；激励机制的目标是在一个固定的预算下最大化覆盖函数，该问题称为预算约束下最大化覆盖函数问题，形式化为。
[0010]进一步，所述步骤3中，群智感知隐私保护激励机制框架，共包含六个阶段：注册阶段、任务投递阶段、投标阶段、工人招募阶段、数据提交阶段和支付阶段；客户端的操作实现请求者和工人与智能合约之间的交互，智能合约实现请求处理、功能实现和数据上链，智能合约与区块链进行交互，完成数据上链过程，上述过程构成群智感知隐私保护激励机制框架。
[0011]进一步，所述步骤4中，注册阶段如下：所有请求者和工人在首次加入群智感知系统时需要进行注册，并取得一对公钥和私钥，系统采用椭圆曲线密码学作为密钥管理方案，系统事先设定好采用的椭圆曲线、素数阶和曲线上一公共基准点，并公开这些信息，工人随机选择私钥，满足，则对应的公钥为，私钥由工人自己进行保存，公钥进行公开，注册时工人会取得一个身份标识，请求者注册过程相同。
[0012]进一步，所述步骤5中，任务投递阶段如下：注册后的请求者能够通过调用任务投递合约发布自己的任务，请求者需要附上使用自己私钥生成的数字签名，并由智能合约对其进行验证，任务发布后，工人能够在区块链上查看任务信息，并选择感兴趣的任务；每个感知任务包含任务名称、任务位置和任务描述，任务位置根据事先定好的区域进行划分，由数字表示，感知任务信息会附上摘要，以保证未被篡改，任务请求者的也会公开，便于工人后续找到请求者的公钥，在投递完所有任务后，请求者还会提交一个预算，表示其对于招募工人所能提供的支付能力。
[0013]进一步，所述步骤6中，投标阶段如下：注册后的工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：对基于区块链的群智感知系统进行设计和数学建模，基于反向拍卖，建立包含请求者、工人、区块链和激励机制的群智感知系统结构，建立请求者、工人、群智感知任务、报酬和工人收益的数学模型；步骤2： 基于位置相关的群智感知系统的特点，设计覆盖函数作为优化目标，并构建预算约束下最大化覆盖函数的优化问题；步骤3： 基于区块链的智能合约技术，设计群智感知隐私保护激励机制框架，共包含六个阶段：注册阶段、任务投递阶段、投标阶段、工人招募阶段、数据提交阶段和支付阶段；步骤4：注册阶段中，工人和请求者在区块链上进行注册，以取得身份凭证，用于后续操作中的认证，并用椭圆曲线密码学作为公私钥体系；步骤5：任务投递阶段中，完成注册后的请求者通过调用任务投递合约将自己的群智感知任务发布到区块链上；步骤6：投标阶段中，完成注册后的工人通过调用投标合约进行竞标操作，为了保证标书的隐私性，标书是以Pedersen承诺的形式上传到区块链的，为了保证工人的匿名性，采用了环签名方法作为认证方式；步骤7：工人招募阶段中，所有参与竞标的工人需要揭露自己的真实标书，标书揭露合约会对工人的投标信息进行核实，并排除所有信息非法的工人，剩余工人的信息将作为输入送给激励机制合约，激励机制合约在预定时间会自动执行，并将得到的结果公布；步骤8：数据提交阶段中，所有赢家需要将自己的数据加密后提交到星际文件系统中，并将数据的摘要和存储地址加密后通过数据提交合约上传到区块链中；步骤9：支付阶段中，请求者给予每个赢家一定报酬，该报酬由激励机制计算得到。2.如权利要求1所述的基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，所述步骤1中，群智感知系统结构如下：群智感知系统包括请求者、工人、区块链和激励机制四种角色；请求者是感知任务的发起者，请求者集合用表示，的任务集合用表示，包含个感知任务；工人是感知任务的执行者，工人集合用表示，共包含个工人；区块链为群智感知提供安全平台；激励机制是区块链上部署的程序，其目标是选择工人并决定给予工人的报酬；每个工人提交一个三元组标书，其中是工人的位置，是该工人的任务集合，包含其愿意执行的所有任务，是工人的报价，用表示工人的真实成本，是私密的只有本人知道；给定标书档案，激励机制的目标是选择一个赢家集合，并决定给予每个赢家的报酬，赢家的报酬大小应取决于其对任务的贡献，用表示档案，其中是给予工人的报酬，如果工人是输家，则；工人的收益能够通过报酬减去真实成本计算，即。
3.如权利要求2所述的基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，所述步骤2中，考虑位置相关的群智感知系统，定义覆盖函数如下：，其中是任务的权重，由任务的位置重要性和价值决定，是任务被集合中的工人执行的次数，是控制收益递减梯度的系统参数，用和分别表示任务的位置重要性和价值，权重计算公式为，其中是平衡参数；激励机制的目标是在一个固定的预算下最大化覆盖函数，该问题称为预算约束下最大化覆盖函数问题，形式化为。4.如权利要求3所述的基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，所述步骤3中，群智感知隐私保护激励机制框架，共包含六个阶段：注册阶段、任务投递阶段、投标阶段、工人招募阶段、数据提交阶段和支付阶段；客户端的操作实现请求者和工人与智能合约之间的交互，智能合约实现请求处理、功能实现和数据上链，智能合约与区块链进行交互，完成数据上链过程，上述过程构成群智感知隐私保护激励机制框架。5.如权利要求4所述的基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，所述步骤4中，注册阶段如下：所有请求者和工人在首次加入群智感知系统时需要进行注册，并取得一对公钥和私钥，系统采用椭圆曲线密码学作为密钥管理方案，系统事先设定好采用的椭圆曲线、素数阶和曲线上一公共基准点，并公开这些信息，工人随机选择私钥，满足，则对应的公钥为，私钥由工人自己进行保存，公钥进行公开，注册时工人会取得一个身份标识，请求者注册过程相同。6.如权利要求5所述的基于区块链的群智感知隐私保护激励机制方法，其特征在于，所述步骤5中，任务投递阶段如下：注册后的请求者能够通过调用任务投递合约发布自己的任务，请求者需要附上使用自己私钥生成的数字签名，并由智能合约对其进行验证，任务发布后，工人能够在区块链上查看任务信息，并选择感兴趣的任务；每个感知任务包含任务名称、任务位置和任务描述，任务位置根据事先定好的区域进行划分，由数字表示，感知任务信息会附上摘要，以保证未被篡改，任务请求者的也会公开，便于工人后续找到请求者的公钥，在投递完所有任务后，请求者还会提交一个预算，
表示其对于招募工人所能提供的支付能力。7.如权利要求6所述的基于区块链的群智感知隐私保护激励机...

【专利技术属性】
技术研发人员：童飞，周远航，王凯明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：