专利汇可以提供车载网中基于区块链的可控匿名的数据安全共享方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种车载网中基于 区 块 链 的可控匿名的数据安全共享方法,该方法包括系统设置、注册、生成车辆 假名 凭证、消息收集与认证、生成区块和追踪。本发明针对目前车载网中可信组织易被攻击从而篡改数据,且车辆不能实现有效匿名的问题,提供了一个基于区块链的可控匿名的数据安全共享的方法。车辆实现匿名发送消息,当交通管理部 门 需要追踪时,可由多个追踪组织通过门限的方式追踪车辆的真实身份。车载网中关于道路状态的公告消息存储在区块链中,实现安全可靠的消息共享,便于规划交通路线,提升道路的安全和效率。,下面是车载网中基于区块链的可控匿名的数据安全共享方法专利的具体信息内容。
1.一种车载网中基于区块链的可控匿名的数据安全共享方法,包括如下实体:车辆、路边单元RSU、交通管理部门TMA、假名凭证签名组织、追踪组织以及普通组织;其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1:系统设置
TMA生成全局公共系统参数;
步骤2:注册
车辆、假名凭证签名组织、追踪组织以及普通组织在第一次加入系统时需要向TMA注册;
步骤3:生成车辆假名凭证
车辆选择短期私钥 并生成对应的短期公钥 短期公钥作为假名使用,并通过
盲签名将短期公钥给假名凭证签名组织签名生成假名凭证;当车辆发送消息时,车辆使用短期私钥签名消息来保证自己的匿名性;
步骤4:消息收集与认证
车辆通过传感器获取车辆的位置、速度、轮胎是否打滑的车辆状态信息,使用车辆状态信息生成道路状态信息,或者通过驾驶员直接输入堵车、道路损坏的道路状态信息;根据周围车辆的数量分为周围车辆较多和周围车辆较少的两种情况,多个车辆根据这两种情况合作生成认证的公告消息Messanno;
步骤5:生成区块
系统中所有假名凭证签名组织、追踪组织和普通组织维护一个主链,每个省有一个智能合约,智能合约存储在主链上,智能合约由维护主链的所有组织执行,该智能合约负责维护这个省的次链;车辆将认证的公告消息发送给车辆所在省的智能合约,智能合约将这些消息存储在每个省的次链中;每个省的智能合约先将各省次链中最新生成的区块中的消息合并到主链中的即将生成的下一个区块体中,所有省的智能合约竞争生成主链中的下一个区块,使下一个区块头的哈希值符合难度值 当生成主链中的下一个区块时,则确认次链中的消息被合并并且存储到主链中,通过该方式提高主链的吞吐量;将公告消息存储到区块链中实现公告消息安全可信的共享;
步骤6:奖励与处罚
车辆生成公告消息后,智能合约生成奖励消息用于奖励生成该公告消息的车辆,从而激励车辆生成道路状态的公告消息;当出现攻击者发送虚假消息时,多个车辆或者组织对虚假消息签名并生成处罚消息处罚攻击者,降低攻击者发送虚假公告消息的可能性;
步骤7:追踪
为保护系统的安全性实现数据的安全共享,TMA追踪发送公告消息的车辆的真实身份,或者追踪车辆发送的历史消息,通过追踪查出攻击者的真实身份,确保存入区块链中的公告消息的正确性;当TMA需要追踪一个车辆的历史消息时,将公告消息中的假名的签名或者车辆的真实公钥发送给追踪组织,多个追踪组织通过门限的方式合作追踪车辆的历史消息;通过追踪有效处罚恶意攻击者,同时门限方式防止系统中出现中心化组织直接获取车辆的隐私信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1具体包括:
1)选取一个阶为素数q的循环乘法群 的生成元为整数g,选择另一个阶为素数p的循环乘法群 的生成元为整数h;
2)选择签名算法ECDSA作为签名方法Sig,哈希算法SHA-256作为哈希方法sha256,选择哈希函数H1:{0,1}*→
3)选择主私钥 表示1和q-1之间的整数集合,计算对应主公钥
4)生成两个门限(t1,n1),(t2,n2),其中(ti,ni),i∈{1,2},且整数ti小于整数ni,表示ni个参与者中,当有超过ti个参与者对一个事件形成统一观点则认为这个事件为真或者为假;
5)选择消息传播距离l米,消息回复时间间隔t秒;
6)公开系统参数:(q,g,p,h,Sig,sha256,H1,H2,H3,pkCA,t1,n1,t2,n2,l,t)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:
1)每个省有一个假名凭证签名组织,在该假名凭证签名组织第一次加入系统时向TMA注册成为假名凭证签名组织,具体如下:
①假名凭证签名组织选择私钥 计算xj的承诺 计算哈希值zj=H1(p,q,
g,h,yj),公钥为pkj=(yj,zj);
②TMA记录假名凭证签名组织身份信息和公钥pkj的对应关系;
③TMA生成假名凭证签名组织的公钥pkj的签名: 生成认证的
公钥消息
2)追踪组织在第一次加入系统时向TMA注册申请成为追踪组织,具体如下:
①追踪组织选择私钥 计算对应公钥
②TMA记录该追踪组织的身份信息和公钥 的对应关系;
③TMA生成追踪组织的公钥 的签名: 生成认证的公
钥消息
④每个追踪组织选择一个门限加密的私钥分片 所有门限加密的私钥分片满
足门限(t1,n1),每个追踪组织计算承诺:
每个追踪组织将承诺合并,计算对应的门限加密的公钥:
其中 是拉格朗日系数;
⑤追踪组织在TMA处登记公钥pkT;
⑥TMA生成追踪组织的公钥pkT的签名: 生成认证的公钥消息
3)车辆在第一次加入系统时向TMA注册,具体如下:
①车辆选择私钥 计算对应公钥
②TMA记录车辆的车牌号,驾驶员证件号码和公钥 的对应关系;
③TMA生成车辆的公钥 的签名: 生成认证的公钥消息
4)普通组织在第一次加入系统时向TMA注册,具体如下:
①普通组织选择私钥 计算对应的公钥
②TMA记录普通组织的身份信息和公钥 的对应关系;
③TMA生成普通组织的公钥 的签名: 生成认证的公钥
消息
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3中,车辆选择短期私钥计算对应的短期公钥 在公平盲签名中将追踪组织的门限加密的
公钥pkT作为一个输入,实现单个追踪组织不能获取车辆的隐私信息,多个追踪组织通过门限解密的方式获取车辆的真实信息。公平盲签名过程中假名凭证签名组织生成车辆的短期公钥的签名 生成车辆和假名凭证签名组织之间的会话标识
v
的承诺ξ,假名凭证签名组织为会话标识与车辆真实公钥的对应关系生成会话消息
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤4具体包括:
1)周围车辆较多时,多个车辆直接合作生成认证的公告消息,具体如下:
①车辆vc生成一个请求组成认证组的请求消息Messreq:
Messreq={事件类型,位置lc,时间戳tc}
车辆vc使用假名对应的私钥 对消息签名得到签名:
车辆vc将Messreq, 和 广播给周围的车辆;
②周围车辆vr接受到请求消息,检查是否发生该事件,当发生时则验证签名的公钥是否合法和签名的正确性,当公钥和签名都合法则车辆vr获取请求消息中的位置lc和时间戳tc,车辆vr获取自己的位置lr和当前时间戳tr,计算时间差:
tint=|tr-tc|
计算距离:
ldis=|lr-lc|
时间差tint小于t秒并且距离ldis小于l米则发送确认在这个组的消息,消息包含位置lr和时间戳tr,车辆vr对消息和请求消息签名:
车辆vr将位置lr、时间戳tr、 和 广播给周围车辆;
③周围车辆接受到确认消息时,确定该认证组中包含的车辆,当接收到的消息超过t秒时则丢弃该消息;
④在③中确认认证组中的车辆后,车辆vr发送事件确认消息,消息包含车辆对请求消息的签名:
车辆将签名 和 广播给组中其它车辆;
⑤车辆vc接收其它车辆发送的事件确认消息,当确认消息的数量大于认证组中车辆数量的三分之一时,认为该消息由多数车辆认证,并将事件确认消息中的签名聚合生成签名signanno,车辆vc生成认证的公告消息:
Messanno={事件类型,位置lc,时间戳tc,signanno,签名者短期公钥,短期公钥的签名}将Messanno广播给其它车辆和RSU;
⑥当vc发送错误消息时,其它车辆重新执行①-⑤;
2)周围车辆较少时,当车辆行驶到周围车辆比较多或者附近有RSU的地区时,车辆将消息发送给其它车辆和RSU,车辆和RSU统计消息的正确性,具体如下:
①车辆vi收集道路消息,消息包含事件类型、位置和时间戳,车辆vi对消息签名生成签名:
当车辆行驶到周围车辆比较多或者附近有RSU的地区时,将公告消息、签名 和广播给其它车辆和RSU;
②车辆或RSU收集其它车辆发送的事件公告消息,当假名和签名合法时,将这些消息保存在本地;车辆和RSU统计收集到的消息,当相同的公告消息数量超过t2时,则认为这个事件合法,将消息中的签名聚合生成签名signanno,生成认证的公告消息Messanno:
Messanno={事件类型,位置lc,时间戳tc,signanno,签名者短期公钥,短期公钥的签名}将Messanno广播给其它车辆或者RSU;
当车辆接收到1)或2)中生成的认证的公告消息时,车辆根据消息选择是否避开拥堵路段或者损坏的道路。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤5具体包括:
1)每个智能合约接收所在省的消息,将十分钟内收集到公告消息Messanno、认证的公钥消息Messpk和车辆与假名凭证签名组织之间的会话消息Messsession生成默克尔树;为每个公告消息生成奖励消息,奖励每个为消息签名的车辆,并且将这些奖励消息和十分钟内收集到的奖励消息生成对应的默克尔树,奖励消息Messreward格式如下:
Messreward={奖励标识,车辆的身份,奖励额度,奖励消息的签名}
将十分钟内收集到的处罚消息生成默克尔树,处罚消息格式如下:
Messpunish={原消息,原消息哈希值,当前时间戳,处罚消息的签名}
每个省的智能合约将这三类消息存入本省的次链中,将主链中最新区块的哈希值作为次链中的随机数;每个智能合约根据主链中之前的区块头中的难度值dold计算当前的难度值 具体如下:
智能合约j将公告消息的默克尔树的根哈希值 和奖励消息的默克尔树的根哈
希值 广播给系统中所有合约、车辆和组织,将处罚消息的默克尔树的根哈希值和当前的难度值 广播给本地的所有车辆和组织;
2)车辆vi向所在省的智能合约申请一个范围的整数 计算当前难度值对应的哈希值
计算哈希值
计算奖励该智能合约的消息 的哈希值
计算所有公告消息的默克尔树的根哈希值
计算所有奖励消息的默克尔树的根哈希值
将 中的每个整数nonce代入计算哈希值hashtemp:
当hashtemp小于 时,将对应的nonce保存在集合中,当车辆遍历完 中的所
有的整数时,将集合中的所有整数发送给所在省的智能合约;
3)智能合约检查车辆提交的整数是否在之前申请的范围内,集合中的整数是否使hashtemp小于 当车辆提交的nonce使得hashtemp小于 智能合约广播所有公
告消息的默克尔树的根哈希值、所有奖励消息的默克尔树的根哈希值、公告消息的默克尔树、奖励消息的默克尔树、处罚消息的默克尔树、奖励智能本合约的消息、前一个区块的哈希值、时间戳和nonce给所有的智能合约;
4)每个省的智能合约接收到其它省的智能合约广播的生成新区块的消息时,检验nonce是否使hashtemp小于 成立时将本地次链中的公告消息的默克尔树和奖励消息的默克尔树广播给其它省的智能合约;当智能合约收到所有的公告消息的默克尔树和奖励消息的默克尔树时,检验这些树的哈希根是否和之前公布的哈希值一致,当哈希一致时则将这些消息合并到区块中;然后智能合约广播给本地所有车辆停止寻找当前区块的nonce,重新执行1)-3)寻找下一个区块的nonce。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤6具体包括:
1)根据步骤5中生成新区块时,每个省的智能合约为每个公告消息生成对应的奖励消息Messreward,奖励生成这些公告消息的车辆;车辆参与生成一个区块或者转发公告消息时获得奖励,具体如下:
①智能合约计算从生成上一个区块到生成当前区块期间接收到的消息的总数量messall,计算车辆vi发送给智能合约的公告消息的数量 计算车辆vi发送的消息所占的比例:
②计算生成一个区块的期间所有车辆贡献的计算力powerall,计算车辆vi贡献的计算力计算车辆vi所占计算力的比例:
③计算每个车辆vi应获得奖励:
智能合约将对每个车辆的奖励消息Messreward记录到下一个区块中;
2)整个系统有一个处罚合约用于处理车辆和组织发送虚假消息,处罚消息只能由处罚合约生成,具体如下:
①当车辆或者组织发送虚假消息时,其它车辆检测到虚假消息时生成一个预处罚消息多个车辆或者组织对这个预处罚消息签名生成聚合签名 并将这个预处罚消
息 签名 签名者短期公钥和短期公钥的签名发送给处罚合约;
②处罚合约检查聚合签名和短期公钥签名是否合法,签名合法时则对该处罚消息签名生成签名:
生成处罚消息:
Messpunish={原公告消息Messanno,当前时间戳,signpun}
将Messpunish发送给所有省的智能合约。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤7具体包括:
1)TMA根据一个消息追踪发送该消息的真实车辆,具体如下:
①TMA将需要追踪的消息发送给追踪组织;
②每个追踪组织使用自己的私钥分片 对消息的签名中的 计算承诺:
③TMA将多个追踪组织的承诺合并,计算出会话标识:
v
其中 是拉格朗日系数,TMA根据会话标识ξ查出对应的车辆真实公钥和真实身份信息;
2)TMA根据车辆的真实公钥查询车辆发送的历史消息,具体如下:
①TMA根据车辆的信息查询车辆的真实公钥 将公钥 发送给追踪组织;
v
②追踪组织在区块链中查询与真实公钥 对应的会话标识ξ,每个追踪组织使用自己的私钥分片 计算承诺:
③TMA将多个追踪组织的承诺合并,计算出签名标识:
其中 是拉格朗日系数,TMA根据签名标识 在区块链中查出对应的签名与消息。
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