技术领域
[0001] 本
发明属于对车辆、车主的道路收费或拥挤收费装置技术领域，尤其涉及一种基于区块链的车队ETC支付信息处理系统及方法。
背景技术
[0003] ETC是国际上正在努
力开发并推广的一种用于公路、大桥和隧道的
电子自动收费系统。该技术在国外已有较长的发展历史，美国、欧洲等许多国家和地区的电子收费系统已经局部联网并逐步形成规模效益。我国以IC卡、磁卡为介质,采用人工收费方式为主的公路联网收费方式无疑也受到这一潮流的影响。
[0004] 目前ETC的使用方式是通过安装在车辆挡
风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的
微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与
银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。截至2018年10月，中国绝大多数省份ETC使用率过半，有的省份不足三成。
[0005] 区块链是近近年来的一项新流行的技术，它是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密
算法等计算机技术的新型应用模式，具有去中心化，开放性，独立性，安全性，匿名性等特性，在支付领域具有较好的应用价值。
[0006] 随着车联网技术的发展，高速公路上车与车之间的联系越来越密切，车辆之间形成车队是一个趋势，利用区块链的不可篡改等特性结合
密码学方法，形成安全的车队是车联网中的一个趋势，因此在区块链场景下车队的高速公路付费是一个重要的研究方向。
[0007] 现有技术
专利申请号为：201810758361.0的专利申请中提到在车辆中配置唯一识别码，并安装车辆识别装置用于快速识别，识别码作为加入区块链的识别信息，用于虚拟账户的创建，把城市ETC和高速公路ETC联合起来，在全球范围内通过
虚拟货币支付从而形成通用，降低管理成本。通过评价体系和
智能合约实现用户信息保密和反馈信息挖掘，监督评价ETC的各项服务。使用统一的清算模块，保障了资金的安全性。该专利带来的效果是结合了
区块链交易的不可抵赖的特性，建立了一个较为统一安全的支付体系，给现阶段的ETC支付信息处理系统带来了改进。
[0008] 随着车联网技术的发展，高速公路上车与车之间的联系越来越密切，顺路的车辆之间组成车队，组队出行是现代社会出行的趋势。同时车辆利用现有通信手段在高速公路上行车车队便于车辆统一行驶，优化资源配置。现有专利虽然将区块链用于高速公路支付场景，但其仅适用于单个车辆不停车收费，在车辆之间形成车队共同行驶的场景下具有局限性。在现代社会，车辆和车辆之间在行驶时并不是孤立的个体，而是彼此间紧密相联的，越来越多的车辆之间组成车队，统一行驶，共同调度，让资源得到更加合理的利用。
[0009] 由于车辆统一由头车调度，在车队集体通过ETC通道的过程中，车队各辆车的
费用由头车统一支付，各辆尾车再转账给头车，但是由于车辆之间临时组队，互不信任，车辆可能存在抵赖支付的情况。所以上述专利不适用于高速公路车队行驶过程中统一缴费的情况，头车代替互不信任的车队成员缴费然而车队成员的抵赖支付问题没有得到解决。
[0010] 综上所述，现有技术存在的问题是：
[0011] 现有ETC支付的方式具备多种
缺陷；现有利用区块链支付的技术仅适用于单个车辆不停车收费，在车辆之间形成车队共同行驶的场景下具有局限性，且车队各辆车的费用由头车统一支付，各辆尾车再转账给头车，车辆之间临时组队，互不信任，车辆可能存在抵赖支付的情况。
[0012] 解决上述技术问题的难度：车队中头车代替尾车支付ETC费用，待行程结束后尾车需要将该ETC费用返还给头车，而头车和尾车之间存在互不信任的问题：尾车不信任头车会代替自己缴费、头车不信任尾车会将ETC费用返还给自己。为了实现这种方案，必须将组队和缴费记录有效地保存。中心化
服务器存储的数据会被轻易
修改，所以必须引入一种去中心化的可信数据存储技术，这种技术还需要支持货币交易。区块链技术能够解决上述问题。
[0013] 解决上述技术问题的意义：车队中所有车辆一起通过ETC，为了减少ETC扣费消耗的时间，我们采用的方案是：头车代替尾车支付ETC费用，待行程结束后尾车将自己应当支付的费用返还给头车。这个过程中头车尾车互不信任的问题可以通过区块链技术解决。达到了去信任化的目的后，多个车辆可以放心地组建车队，不用担心其他车辆对自己有攻击危害，因为车队中所有的交易支付记录都会永久地记录在区块链上，可以后期作为支付凭证，防止抵赖。
发明内容
[0014] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的车队ETC支付信息处理系统及方法。
[0015] 本发明是这样实现的，一种基于区块链的车队ETC支付信息处理系统，所述基于区块链的车队ETC支付信息处理系统包括：
[0016] 注册模块：包括头车注册单元、标签生成单元、尾车注册单元；用于注册头车、尾车，同时生成标签；
[0017] 离队模块：用于头车或尾车申请退出车队；
[0018] ETC支付模块：用于车队支付ETC费用进行交易；
[0019] 清算模块：用于车辆账户各
节点向存储有各个车辆账户
虚拟货币的智能合约发起
请求，实现虚拟货币的充值和提现，进行虚拟货币与现实货币汇率转换；
[0020] ETC系统区块链：包括若干节点与智能合约；用于提供运行智能合约的节点交互平台。
[0021] 进一步，所述注册模块具体包括：
[0022] 注册模块包括头车注册单元、标签生成单元、尾车注册单元；
[0023] 头车注册单元：用于头车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID和区块链账户地址进行注册进入车队；
[0024] 标签生成单元：用于头车整合尾车的ETC识别码、将要加入的车队ID和区块链账户地址相关数据，并利用头车私钥生成尾车标签；
[0025] 尾车注册单元：用于尾车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID、区块链账户地址和标签进行注册进入车队。
[0026] 进一步，所述头车注册具体包括：
[0027] 头车在区块链网络中注册，获取到公私钥和区块链账户地址；头车选择一个车队ID，并提供自己的ETC识别码，利用车队ID以及ETC识别码在ETC系统区块链注册；若系统检测车队ID和ETC识别码未曾被注册过，则注册成功；注册成功的头车生成的数字签名标签便可以在ETC系统区块链中验证通过。
[0028] 进一步，所述尾车标签生成方法具体包括：
[0029] 尾车在区块链网络中注册，获取到公私钥和区块链账户地址；尾车提供自身的ETC识别码、将要加入的车队ID和区块链账户地址，对应车队的头车将上述数据整合，使用头车私钥对数据进行数字签名，生成的签名作为标签返回给尾车。
[0030] 进一步，所述尾车注册具体包括：
[0031] 尾车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID、区块链账户地址和标签进行注册进入车队；区块链系统若检测出ETC识别码未被注册进入车队、车队ID存在且标签未被使用过，则利用车队ID查找车队头车的公钥，使用该头车公钥对标签验证数字签名，验证通过后系统将该尾车加入车队，否则拒绝注册进入车队。
[0032] 进一步，所述离队模块具体包括：
[0033] 车辆离队包括头车离队与尾车离队；
[0034] 头车离队：头车申请退出车队后，其所属车队便不复存在，所有车队成员恢复离队状态；
[0035] 尾车离队：尾车向ETC系统区块链申请退出所在车队，系统将该尾车标记为离队状态，此后该尾车可重新请求任意车队的头车为其生成标签重新注册进入车队。
[0036] 进一步，所述ETC系统区块链具体包括：
[0037] 所述ETC系统区块链：包括若干节点与智能合约；
[0038] 节点：包括所有车辆和ETC收费站，用于调用系统智能合约，向智能合约发起请求，实现虚拟货币的充值和提现；各个节点可查询区块链上所有操作记录；
[0039] 智能合约：部署在区块链上，用于处理交易，发行虚拟货币，处理注册、离队、支付费用和清算相关请求。
[0040] 本发明的另一目的在于提供一种运行所述基于区块链的车队ETC支付信息处理系统的基于区块链的车队ETC支付信息处理方法，所述基于区块链的车队ETC支付信息处理方法包括：
[0041] 步骤一，头车利用数字签名技术生成各尾车的专属标签，尾车凭借标签在区块链上注册入队；
[0042] 步骤二，通过ETC收费站之前，尾车请求头车帮助支付费用，未请求者退出车队；车队成员排成前后纵队驶向ETC收费站，收费站识别第一辆车的信息时可检测出是车队正在通过收费站，让车队后续车辆一次性通过ETC收费站，无须中途依次减速或者停车；
[0043] 步骤三，待车队全部车辆通过后，ETC收费站在区块链网络中发起交易请求，要求智能合约对车队头车账户进行处理，智能合约根据交易请求，对头车账户进行扣费，头车利用区块链向收费站支付车队总和费用；并将处理后的账户信息同步到ETC系统区块链的各个节点中；
[0044] 步骤四，尾车在线下或线上支付相应费用给头车，还款记录经双方确认后会记录在链。
[0045] 本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于区块链的车队ETC支付信息处理方法的信息
数据处理终端。
[0046] 本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于区块链的车队ETC支付信息处理方法。
[0047] 综上所述，本发明的优点及积极效果为：
[0048] 本发明提供的基于区块链的车队ETC支付信息处理系统能够使得高速公路上任意多辆车自行组队，由头车代替尾车支付，头车无需担心尾车抵赖；若尾车执意抵赖，头车可从区块链上将缴费记录下载作为凭证，解决了车队互不信任组队问题；且车辆无需担心余额不足无法通过ETC收费站，可在通过ETC之前加入其他车队，让该车队代替自己缴费，后期再将费用补缴给头车。车队车辆统一连续通过收费站，期间收费站无需对每辆车拉杆收费，一次拉杆可让车队所有车辆通过，高效地解决了交通拥堵问题，极大的提高了高速ETC收费站效率。
[0049] 本发明利用区块链公开去信任化的特性，解决了车队成员在互不信任的情况下完成统一缴费并快速通过ETC收费站的问题。
[0050] 本发明基于区块链的车队ETC支付信息处理系统中所有操作记录都会被永久保存在区块链上，所有数据可溯源，达到了防止抵赖的作用，解决了互不信任组队缴费的问题。头车代替尾车缴费后，该缴费记录会永久保存在区块链上，尾车抵赖时可下载该记录进行证明，尾车支付费用给头车的记录也会保存在区块链上，做到了双向记录，防止任意一方抵赖。
附图说明
[0051] 图1是本发明
实施例提供的基于区块链的车队ETC支付信息处理系统结构示意图。
[0052] 图中：1、注册模块；2、离队模块；3、ETC支付模块；4、清算模块；5、ETC系统区块链；6、头车注册单元；7、标签生成单元；8、尾车注册单元。
[0053] 图2是本发明实施例提供的基于区块链的车队ETC支付信息处理方法
流程图。
[0054] 图3是本发明实施例提供的实验结果示意图。
具体实施方式
[0055] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0056] 下面结合附图对本发明的技术方案与技术效果做详细说明。
[0057] 如图1所示，本发明实施例提供的基于区块链的车队ETC支付信息处理系统具体包括：
[0058] 注册模块1：包括头车注册单元6、标签生成单元7、尾车注册单元8；用于注册头车、尾车，同时生成标签。
[0059] 离队模块2：用于头车或尾车申请退出车队。
[0060] ETC支付模块3：用于车队支付ETC费用进行交易。
[0061] 清算模块4：用于车辆账户各节点向存储有各个车辆账户虚拟货币的智能合约发起请求，实现虚拟货币的充值和提现，进行虚拟货币与现实货币汇率转换。
[0062] ETC系统区块链5：包括若干节点与智能合约；用于提供运行智能合约的节点交互平台。
[0063] 本发明实施例提供的注册模块1具体包括：
[0064] 注册模块包括头车注册单元6、标签生成单元7、尾车注册单元8。
[0065] 头车注册单元6：用于头车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID和区块链账户地址进行注册进入车队。
[0066] 标签生成单元7：用于头车整合尾车的ETC识别码、将要加入的车队ID和区块链账户地址相关数据，并利用头车私钥生成尾车标签。
[0067] 尾车注册单元8：用于尾车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID、区块链账户地址和标签进行注册进入车队。
[0068] 本发明实施例提供的头车注册具体包括：
[0069] 头车在区块链网络中注册，获取到公私钥和区块链账户地址；头车选择一个车队ID，并提供自己的ETC识别码，利用车队ID以及ETC识别码在ETC系统区块链注册；若系统检测车队ID和ETC识别码未曾被注册过，则注册成功；注册成功的头车生成的数字签名标签便可以在ETC系统区块链中验证通过。
[0070] 本发明实施例提供的尾车标签生成方法具体包括：
[0071] 尾车在区块链网络中注册，获取到公私钥和区块链账户地址；尾车提供自身的ETC识别码、将要加入的车队ID和区块链账户地址，对应车队的头车将上述数据整合，使用头车私钥对数据进行数字签名，生成的签名作为标签返回给尾车。
[0072] 本发明实施例提供的尾车注册具体包括：
[0073] 尾车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID、区块链账户地址和标签进行注册进入车队；区块链系统若检测出ETC识别码未被注册进入车队、车队ID存在且标签未被使用过，则利用车队ID查找车队头车的公钥，使用该头车公钥对标签验证数字签名，验证通过后系统将该尾车加入车队，否则拒绝注册进入车队。
[0074] 本发明实施例提供的离队模块2具体包括：
[0075] 车辆离队包括头车离队与尾车离队。
[0076] 头车离队：头车申请退出车队后，其所属车队便不复存在，所有车队成员恢复离队状态。
[0077] 尾车离队：尾车向ETC系统区块链申请退出所在车队，系统将该尾车标记为离队状态，此后该尾车可重新请求任意车队的头车为其生成标签重新注册进入车队。
[0078] 本发明实施例提供的ETC系统区块链5具体包括：
[0079] 所述ETC系统区块链：包括若干节点与智能合约。
[0080] 节点：包括所有车辆和ETC收费站，用于调用系统智能合约，向智能合约发起请求，实现虚拟货币的充值和提现；各个节点可查询区块链上所有操作记录。
[0081] 智能合约：部署在区块链上，用于处理交易，发行虚拟货币，处理注册、离队、支付费用和清算相关请求。
[0082] 如图2所示，本发明实施例提供的基于区块链的车队ETC支付信息处理方法具体包括：
[0083] S201：头车利用数字签名技术生成各尾车的专属标签，尾车凭借标签在区块链上注册入队。
[0084] S202：通过ETC收费站之前，尾车请求头车帮助支付费用，未请求者退出车队；车队成员排成前后纵队驶向ETC收费站，收费站识别第一辆车的信息时可检测出是车队正在通过收费站，让车队后续车辆一次性通过ETC收费站，无须中途依次减速或者停车。
[0085] S203：待车队全部车辆通过后，ETC收费站在区块链网络中发起交易请求，要求智能合约对车队头车账户进行处理，智能合约根据交易请求，对头车账户进行扣费，头车利用区块链向收费站支付车队总和费用；并将处理后的账户信息同步到ETC系统区块链的各个节点中。
[0086] S204：尾车在线下或线上支付相应费用给头车，还款记录经双方确认后会记录在链。
[0087] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案与技术效果做进一步说明。
[0088] 实施例1：
[0089] 区块链具有共识机制，新产生的交易会同步到其他节点的账本上，永久将数据保存，并无法篡改。区块链采用分布式结构，链上所有数据在各个节点上都有备份或Hash值轻量备份，解决了中心化服务器被篡改的风险。本发明的基于区块链的车队ETC支付信息处理系统中所有操作记录都会被永久保存在区块链上，所有数据可溯源，达到了防止抵赖的作用，解决了互不信任组队缴费的问题。头车代替尾车缴费后，该缴费记录会永久保存在区块链上，尾车抵赖时可下载该记录进行证明，尾车支付费用给头车的记录也会保存在区块链上，做到了双向记录，防止任意一方抵赖。
[0090] 本发明公开了一种基于区块链的车队ETC支付信息处理系统，其中方法包括：车队的头车在区块链上注册车队；头车利用数字签名技术生成各尾车的专属标签，尾车凭借标签在区块链上注册入队；通过ETC收费站之前，尾车请求头车帮助支付费用，未请求者退出车队；行进至ETC收费站，头车利用区块链向收费站支付车队总和费用。本发明利用区块链公开去信任化的特性，解决了车队成员在互不信任的情况下完成统一缴费并快速通过ETC收费站的问题。
[0091] 车辆的ETC装置具有唯一的识别码，车辆用该识别码注册进入ETC区块链系统。多辆车可自行组建车队，其中一辆车作为头车。车队成员排成前后纵队驶向ETC收费站，收费站识别第一辆车的信息时可检测出是车队正在通过收费站，便可让车队后续车辆一次性通过ETC收费站而无须中途依次停车。待车队全部成员通过后，ETC收费站在区块链网络上对车队头车账户进行扣费，所有尾车支付相应费用给头车。
[0092] 本发明实施例提供的基于区块链的车队ETC支付信息处理系统，包含以下6个模块：
[0093] 1.注册模块：
[0094] 1.1.头车注册：头车在区块链网络中注册，获取到公私钥和区块链账户地址。头车选择一个车队ID，并提供自己的ETC识别码，利用这些信息在ETC系统区块链注册。若系统检测车队ID和ETC识别码未曾被注册过，此次注册便成功。注册成功的头车生成的数字签名标签便可以在ETC系统区块链中验证通过。
[0095] 1.2.生成标签：尾车在区块链网络中注册，获取到公私钥和区块链账户地址。尾车提供自身的ETC识别码、将要加入的车队ID和区块链账户地址，对应车队的头车将这些数据整合，然后使用自己的私钥对数据进行数字签名，生成的签名作为标签返回给尾车。
[0096] 1.3.尾车注册：尾车向ETC系统区块链发送ETC识别码、车队ID、区块链账户地址和标签进行注册进入车队。区块链系统若检测出车牌号未被注册、车队ID存在且标签未被使用过，则利用车队ID查找车队头车的公钥，使用该公钥对标签验证数字签名，验证通过后系统将该尾车加入车队，否则拒绝注册进入车队。
[0097] 2.离队：尾车向ETC系统区块链申请退出所在车队，系统将该尾车标记为离队状态，此后该尾车可重新请求任意车队的头车为其生成标签重新注册进入车队。头车申请退出车队后，其所属车队便不复存在，所有车队成员恢复离队状态。
[0098] 3.ETC支付：车队成员排成前后纵队驶向ETC收费站，收费站识别第一辆车的信息时可检测出是车队正在通过收费站，便可让车队后续车辆一次性通过ETC收费站而无须中途依次停车。待车队全部车辆通过后，ETC收费站在区块链网络中发起交易请求，要求智能合约对车队头车账户进行处理。智能合约根据交易请求，对头车账户进行扣费，并将处理后的账户信息同步到ETC系统区块链的各个节点中。该智能合约部署在区块链上运行，用于处理交易。尾车在线下或线上支付相应费用给头车，该还款记录经双方确认后会记录在链。
[0099] 4.清算模块：智能合约发行虚拟货币，车辆的区块链账户在智能合约中存储了相应的虚拟货币，可用于与现实货币实现汇率转换。车辆账户各节点可向智能合约发起请求，实现虚拟货币的充值和提现。
[0100] 5.ETC系统区块链：所有车辆和ETC收费站都是ETC系统区块链中的节点，运行着系统智能合约。智能合约处理注册、离队、支付费用和清算等请求。各个节点可查询区块链上所有操作记录，防抵赖。
[0101] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0102] 本发明提出的方案使车队里多辆车能够一次通过ETC。现在按照实际场景中的数据，将按照本发明方案中车队一起通过ETC和传统方案中单辆车依次通过ETC进行比较。
[0103] 根据高速公路ETC标准，车辆在通过ETC时应遵守两车之间的车速v和距离Dv的规则。假设有m个
汽车组建一个车队，车队内车辆之间的距离为Dp。对于平均长度为l的n辆汽车，将其建立车队后通过ETC所需的时间Tplatoon与单个车辆通过ETC所需的时间Tvehicle进行比较：
[0104]
[0105]
[0106] 根据ETC的标准参数，令v＝20km/h，Dv＝10m，Dp＝1m，l＝4m，并假设m＝5辆车组建一个车队。对于不同的n，实验结果如图3所示。从图3可以看出，单辆车依次通过ETC和多辆车组建成车队后一起通过ETC所花费的时间都是随着车辆数量的增加而线性增加，这与公式的计算结果是一致的。当车辆数量相同时，显然本发明的车队方案消耗的时间更少。随着车辆数量的增加，两条线之间的时间间隔变得越来越大。由此可以得出结论，我们的方案节省了高速公路上ETC支付的时间开销。
[0107] 应当注意，本发明的实施方式可以通过
硬件、
软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用
专用逻辑来实现；软件部分可以存储在
存储器中，由适当的指令执行系统，例如
微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如
只读存储器(
固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子
信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成
电路或
门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的
半导体、或者诸如
现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0108] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
