一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法
专利汇可以提供一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，在该共识协议中，车辆可以通过提供服务证明而不依赖第三方可消息认证机构来获得激励(VPoSCoin，虚拟通证)。VPoSCoin可以通过激励车辆参与V2V通信，使得更多 节点 主动与其他车辆合作。在方案中，设计了基于服务证明(Proof of Services)的共识协议，整个 区 块 链 系统由车联网中的路侧单元、车辆维护，信息高度透明。，下面是一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法专利的具体信息内容。
1.一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，所述的方法包括：
S1、基础设施单元初始化步骤，所述的基础设施单元包括路侧单元RSUs、消息认证机构TA、信息发布方A、车辆V，每个基础设施单元都由消息认证机构TA分配一对公私钥，用于验证身份信息；
S2、消息认证步骤，针对信息发布方A发布的消息进行认证，由认证机构TA对消息颁发相应的证书之后才能在车联网中进行传播，即对传播消息进行有效的数字签名；
S3、消息传播步骤，包括三种消息传播服务：广播消息BAM、传递消息FAM、响应消息ACK，车辆S会对附近可通信范围内的车辆主动发送消息M，其中，广播消息BAM指代车辆S对多台车辆发送消息，传递消息FAM指代一对一消息发送，响应消息ACK指接收消息的车辆回给车辆S的响应消息，以上每种消息都需参与方进行数字签名后才进行发送；
S4、共识协议和交易设计步骤，建立基于服务证明的共识协议,通过提供消息服务的数量，再基于一定难度值的概率计算来选择下一个新块产生的矿车，该难度值是在短时间内车辆能够计算出来的，区块链中包括三种不同类型的交易类型：原子交易、服务证明交易、转账交易；
S5、奖励获取步骤，针对消息传播的车辆，通过消息传播证明在智能合约中获取一定比例的奖励，直到总奖金耗尽，消息传播则结束，其中，所述的消息传播证明包括广播消息BAM、传递消息FAM、响应消息ACK。
2.根据权利要求1所的一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，
所述的路侧单元RSUs，用于实现通信区域内的信息交流以及存储完整区块链数据，并存储所有车联网中传播的消息，路侧单元RSUs之间通过互联网连接在一起，定期同步区块链数据；
所述的消息认证机构TA，用于生成主公钥Vmk和主密钥Vsk，并实现以下2个功能：
1)CertGen(Vsk,pk)根据主密钥和认证车辆的公钥，生成车辆的认证证书；
2)SignAdMsg(Vsk,pk,M)根据主密钥、信息发布方的公钥以及消息，生成消息的授权证书；
所述的信息发布方A指需要在特定区域内传播消息的实体，信息发布方A首先在消息认证机构TA注册，获得有效证书，当信息发布方A需要传播消息时，先到消息认证机构TA请求授权并附带一定的奖金作为激励，以吸引更多的车辆来传播消息；
所述的车辆分为三种类型：全节点车、快速验证车、轻量级车，其中，全节点车具备完整的传感器、存储和计算功能，是区块链中的挖矿节点；快速验证车通过存储部分区块链数据参与交易确认；轻量级车，指通过整车或路侧单元RSUs向区块链网络提交交易的实体，并通过查询区块链来检查交易状态。
3.根据权利要求2所的一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，
所有的车辆公私钥都由消息认证机构TA产生，并对其颁发证明，供消息传播时验证使用，根据车辆消息传播行为，分为两种类型：发送者Sender和证明者Prover，所述的发送者Sender用S标识，将消息发送给附近车辆的实体，发送者Sender每次只能向一辆车发布信息，发送者Sender会收到信息发布方A的请求，目的在于通过传播消息获得通证奖励，每个发送的消息都应该通过身份验证并使用自己的密钥进行签名；信息发布方A向车辆发送有效消息，通过服务证明交易写入区块链后获得服务证明凭证SPVs，服务证明凭证SPVs用来为区块链挖矿提供有效输入；
所述的证明者Prover用P标识，指已经接收到消息并向信息发布方A或S发送响应消息的接收者，每条发送消息需要具有证明者P确认的相应响应消息，以用来验证信息发布方A或车辆S真实对外传播了有效消息。
4.根据权利要求3所的一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，
所有的车辆在消息认证机构TA注册唯一的ID，与其公钥相对应，包括信息发布方A、车辆S和证明者P在内的车辆从消息认证机构TA获取有效证书，分别表示为 和 如下描述消息的认证和证明：
其他参与者通过消息认证机构TA的公钥来验证消息的有效性，并提取原始的信息内容，通过车辆网络传播，其中， 表示通过车辆的私钥 对消息M进行数字签名， 表示消息发布方公钥， 表示消息认证机构TA对消息以及消息发布方绑定后的签名信息。
5.根据权利要求3所的一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，
所述的广播消息BAM中，信息发布方A向附近的车辆S广播消息，车辆S首先验证消息是否被消息认证机构TA验证，如果验证通过则证明消息真实性，接收者利用消息散列值在签名中签名，此外，每个消息设定为只能接收一次，车辆S根据奖励选择将消息转发给附近车辆：
其中 是由消息认证机构TA发布给信息发布方A的身份凭证，消息M被认证并用消息认证机构TA密钥签名，签名算法在消息M的哈希散列值H(M)上进行以减少通讯数据量， 表示消息发布方公钥， 表示消息认证机构TA对消息M哈希与信息发布方A公钥进行前面的过程；
所述的传递消息FAM中，车辆S向附近车辆转发消息，需要向信息发布方A发送响应消息并用密钥在传递消息FAM上签名，
是由消息认证机构TA发布的车辆S的凭证，在接收到BAM消息后，车辆S首先通过签名验证消息的有效性，然后车辆S将验证通过的消息传递到P，传递的消息包括：车辆S在消息上的签名信息、时间戳、消息哈希值、车辆S的公钥地址， 表示对TA针
对消息M哈希与消息发布方A绑定后签名进行验证的过程， 表示发送者将自己公钥与消息M进行绑定后进行签名的过程；
所述的响应消息ACK中，响应消息ACK是用于证明车辆S向P发送了消息，同时，为了防止共谋攻击，只有P收到了消息M，并在消息M上用进行的公钥进行签名之后，才能返回响应消息，过程如下：
其中 是由消息认证机构TA发布给接收者P的身份凭证，P首先通过消息认证机构TA的公钥检查接收到的消息，然后P接受来自车辆S返回的响应消息，车辆S的公钥包含在签名中， 表示对消息认证机构TA针对消息M哈希与车辆S绑定后签名进行验
证的过程， 表示发送者P对消息M哈希与车辆S、接收者P公钥连接后签名
的过程。
6.根据权利要求3所的一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，所述的步骤S4过程如下：
S401、系统初始化：全节点车V在消息认证机构TA中注册一个唯一的ID，消息认证机构TA向该车发放与ID相对应的数字证书，全节点车通过路侧单元获取最长的区块链；
S402、车辆服务证明设计：将全节点车V的服务证明凭证SPVs作为CoinService交易的输入，并在此基础上进行挖矿，根据服务证明凭证SPVs输入的权值，加上随机化计算，产生新的区块：
B＝{H,hash∨,timestamp,(TX1,TX2,TX3,...)}，
其中H＝{hashpre,∧,size,count,hashobj}是区块头，hash∨是当前区块散列值，timestamp代表当前时间戳，(TX1,TX2,,TX3,…)是当前区块的交易列表，如果全节点车V已经计算出目标值，则广播B；
S403、主链选择机制：所有全节点车V都会同步区块链网络并获得最新的区块。通过检查1)输入的数字签名；2)新块的散列值；3)新块的梅克尔树值，来验证新的区块B的有效性，在大多数车辆是诚实的前提下，新的区块B将被接受并且全节点车V被认为是当前区块链的主链。
7.根据权利要求3所的一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法，其特征在于，所述的步骤S5过程如下：
S501、通证Token计算，其中，通证Token代表车辆在消息传播中的贡献，引入每项服务的权重值：α，β，γ分别表示在挖取新区块中BAM、FAM和ACK的权重值，消息传播中的服务证明凭证SPVs的值计算如下：
其中Φ表示车辆V创建新区块中的原子交易的输入值， 分别
代表BAM、FAM和ACK的凭证值，通过区块链中的时间戳服务器和交易记录来避免服务证明凭证的重复使用；
S502、消息认证，信息发布方A将消息发送给消息认证机构TA进行验证，一旦通过，信息发布方A在区块链上记录验证信息，以证明消息的真实性和完整性；
S503、消息发布，消息认证机构TA向附近的车辆发布消息，同时，消息认证机构TA在区块链中发布合约，其中包含消息传播奖励分配协议；
S504、消息传播，广播消息BAM、传递消息FAM、响应消息ACK被有效生成并被验证通过，记录在区块链中，消息通过车载网络传播时，每条消息都有相应的终止传播时间；
S505、消息奖励，车辆根据自己的服务证明兑换奖励，兑换的过程是服务证明的验证，消息奖励由A设定，车辆在区块链中进行查询，每次车辆领取奖励确认后，总剩余奖励将被减去预定义的奖励值。
一种基于服务证明的共识协议设计及其车联网应用方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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