一种基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法技术

本发明专利技术面向5G车联网智能交通应用场景，针对车辆在向路边基站上报感知信息中所表现出的恶意行为与自私行为，提出了一种基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法。该方法设计了一个车辆信誉模型并构建了一个基于联盟链的车辆信誉管理系统，以满足让车辆积极主动参与上报真实准确的感知信息的需求。车辆信誉模型一方面采用基于信号量的奖惩机制以遏制车辆的恶意行为，另一方面采用周期性地税收机制以抑制车辆的自私行为。基于联盟链的车辆信誉管理系统一方面搭建了满足了政府机构与运营商多方参与需求的分布式管理架构，另一方面以智能合约的方式在联盟链上实现了用户访问授权、车辆上报信息、车辆信誉值奖惩、车辆周期性税收4个基本业务，不仅保证了车辆信誉值计算依据与计算过程的安全可靠，还保证了信誉值在车辆与管理方之间的平衡流动与长期稳定。管理方之间的平衡流动与长期稳定。管理方之间的平衡流动与长期稳定。

A 5g vehicle reputation management method based on alliance chain

【技术实现步骤摘要】
一种基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法


[0001]本专利技术涉及5G车联网支持下的智能交通管理领域，具体应用于在城市交通场景下建立并维护车辆的信誉，从而抑制车辆在智能交通系统中表现出的恶意行为与自私行为。

技术介绍

[0002]第五代(5G)移动通信技术具有频率高、速度快、吞吐量高等优点。随着技术的日臻完善与基础设施的全面部署，智能车联网已经成为5G最具发展前景的应用领域。作为构建未来智能交通系统的核心通信技术，5G能够支持车辆间的防碰撞预警、道路交通状态探测、车辆路径规划与导航、自动驾驶与无人驾驶等多类应用。
[0003]在5G车联网所支撑的智能交通系统中，成千上万的车辆扮演着重要的角色。它们既是相关服务与便利的受益者，也是智能交通管理的参与者。在不同类型的应用中，装备有多种传感器的车辆将从车内部与外部获得的感知数据发送给路边基站是必不可少的数据通信与信息交互模式。在该模式下，车辆是否能够积极主动地提供真实可靠的数据直接关系着整个智能交通系统能否做出正确判断与合理的响应，比如调整交通信号灯的时长，发布交通阻塞信息，封闭事故路段等等。由于车辆的活动是其操控者意志的反映，因此部分车辆在作为感知节点采集并上报数据的过程中会表现出恶意行为与自私行为。恶意行为是将不真实的数据上报给路边基站，而自私行为是出于自身开销考虑不愿意参与数据上报的工作。因此，如何在车辆感知并上报数据的过程中消除恶意行为，抑制自私行为是构建安全可靠智能交通系统的关键问题。
[0004]基于密码学的方案只能保证数据通信的机密性、完整性与不可抵赖性，但不能解决上述问题。在5G车联网的智能交通系统架构下建立信誉机制，为每一辆车建立并维护信誉值是一条可行之路。目前，学界与业界的一些研究者已经做出了一些相关工作，但这些工作仍然存在两个亟待解决的问题。首先，难以保证车辆上报的元数据是真实可靠的。已有的工作在计算车辆信誉值时多根据其它相关车辆对其的历史行为评价进行估算，而不是依据数据内容本身的真实性与正确性，因此车辆信誉值的计算结果会出现偏差，评估方法的漏洞也容易为攻击者所利用。其次，中心化的车辆信誉管理方案存在诸多瓶颈。随着城市交通场景下，车辆数目不断地增加，中心化的方案对服务器的计算与存储资源以及网络的传输能力都提出了越来越高的要求。在性能遭遇瓶颈的同时，中心化的方案还暴露出诸多问题，比如单点故障易造成严重的安全后果，可扩展性差难以满足现实场景中政府机构、网络运营商等多方参与监管的需求。综上，保障元数据的可靠性与方案的可实施性是进行车辆信誉值管理亟待解决的问题。
[0005]近年来，区块链以其分布式去中心化、信息公开可追溯，数据上链不可篡改等特性，逐渐成为在互联网上实现价值可靠转移的重要手段。联盟链技术以“多方参与，许可准入”为原则，能够针对某一应用领域实现数据的分布式存储与联盟内部的安全可靠交易。本专利技术利用联盟链的上述特点，提出了一种面向5G车联网场景的车辆信誉管理方法。与之前工作相比，本专利技术方法的创新之处在于：(1)将车辆上报的元数据作为交易记录保存于区块
链中从而实现了在验证数据内容真实性后对车辆上报行为的追溯管理，提高了信誉值计算的可靠性；(2)建立了完善的车辆信誉值管理模型，利用信号量模型实现对车辆成功上报的奖励与对恶意行为的惩罚，利用税收机制实现了对车辆自私行为的抑制；(3)将引发车辆信誉值变更的活动作为联盟链上的“交易”，每一辆车的信誉值作为其“资产”记录于区块中，实现了对车辆信誉值的分布式可靠存储。

技术实现思路

[0006]本专利技术以5G车联网智能交通应用为研究场景，针对车辆在向路边基站上报感知信息中所表现出的恶意行为与自私行为展开研究，在对应用场景与监管需求进行深入分析的基础上提出了一种基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，以满足在智能交通场景下让车辆积极主动地参与上报真实准确的感知信息的需求。
[0007]本专利技术分为：一种基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，该方法包括分析车辆信誉管理需求、设计车辆信誉模型、以及构建基于联盟链的信誉管理系统三个主要步骤。
[0008]S1：分析车辆信誉管理需求分为三个步骤：分析车辆信誉管理应用场景、分析车辆上报行为、分析信誉管理任务。
[0009]S11：本方法所面向的5G车联网智能交通应用场景如图1所示，包含了车辆、基站、网络运营商以及政府管理机构4个组成部分。车辆是整个智能交通系统中最广泛的参与者。它们在享受路边基站分享的便利信息的同时也担负着感知车内外环境并上报信息的任务。基站是部署在路边的基础设施，承担着收集车辆上报信息与发布各类便利信息的责任。如图1所示，在5G车联网场景下基站分为宏基站与微基站两种类型。宏基站装备有一定计算与存储能力的服务器，能够对车辆上报的消息进行处理；微基站用于弥补宏基站在无线信号覆盖范围上的劣势，负责与附近的车辆进行信息交互。整个5G车联网是由多个运营商共同建立并维护的。它们需要对所有车辆上报给基站的信息进行监管。此外，政府相关部门，比如交通警察、车辆管理机构也都需要参与到对5G车联网及其智能交通应用的监管中。
[0010]S12：本方法将智能交通应用场景下车辆向路边基站上报信息的行为划分为三类：良性行为、恶意行为、以及自私行为。
[0011](1)良性行为：车辆将从车内外感知到的各类数据封装为消息，及时发送给最近的5G基站。
[0012](2)恶意行为：车辆修改从车内外感知到的各类真实数据或直接伪造各类感知数据，然后将数据封装在消息中发送给最近的5G基站。根据实施程度的不同，恶意行为可划分为持续恶意攻击行为与开关恶意攻击行为2类。在持续恶意攻击行为中，车辆将不断地发送包含修改或伪造数据的消息；在开关恶意攻击行为中，车辆以一定规律周期性地发送包含真实数据的消息与包含虚假数据的消息，从而躲避识别与安全审查。
[0013](3)自私行为：车辆身处于智能交通应用场景，但出于节省自身资源的目的，不上报感知到的各类数据给路边基站。根据实施程度的不同，自私行为可划分为绝对自私行为与理性自私行为2类。在绝对自私行为中，车辆只愿意接收并享受路边基站发送的便利消息，不愿意参与到智能交通系统的活动中上报任何感知数据；在理性自私行为中，车辆根据对自身是否能够在智能交通系统中长期生存的判断，理性选择是否上报当前感知的数据，以获得智能交通系统的认可。
[0014]S13：本方法对智能交通应用场景下车辆的信誉管理工作进行了分析，并设定了四个管理任务。
[0015](1)为智能交通系统中的每一辆车分配并维护一个信誉值。当车辆表现出良性行为时，应获得系统的信誉值奖励；当车辆表现出恶意行为时，应被扣除一部分信誉值；当车辆表现出自私行为时，应被扣除一部分信誉值。
[0016](2)对车辆的恶意行为进行处罚。通过记录车辆表现出恶意行为的次数，确保多次实施恶意行为的车辆会被扣除越来越多的信誉值，并最终由于信誉值被全部扣除而被踢出系统。
[0017](3)对车辆的自私行为进行抑制。通过记录车辆在智能交通管理系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：分析车辆信誉管理需求，S2：设计车辆信誉模型，S3：构建基于联盟链的信誉管理系统。2.根据权利要求1所述的基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，S1：分析车辆信誉管理需求，具体如下：S11：分析车辆信誉管理应用场景；S12：分析车辆上报行为；S13：分析信誉管理任务。3.根据权利要求2所述的基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，所述S11：分析车辆信誉管理应用场景，具体如下：5G车联网智能交通应用场景，包含了车辆、基站、网络运营商以及政府管理机构4个组成部分，车辆是整个智能交通系统中最广泛的参与者，它们在享受路边基站分享的便利信息的同时也担负着感知车内外环境并上报信息的任务，基站是部署在路边的基础设施，承担着收集车辆上报信息与发布各类便利信息的责任，在5G车联网场景下基站分为宏基站与微基站两种类型，宏基站装备有一定计算与存储能力的服务器，能够对车辆上报的消息进行处理；微基站用于弥补宏基站在无线信号覆盖范围上的劣势，负责与附近的车辆进行信息交互，整个5G车联网是由多个运营商共同建立并维护的，它们需要对所有车辆上报给基站的信息进行监管。4.根据权利要求3所述的基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，S12：分析车辆上报行为，具体如下，将智能交通应用场景下车辆向路边基站上报信息的行为划分为3类：良性行为、恶意行为、以及自私行为；(1)良性行为：车辆将从车内外感知到的各类数据封装为消息，及时发送给最近的5G基站；(2)恶意行为：车辆修改从车内外感知到的各类真实数据或直接伪造各类感知数据，然后将数据封装在消息中发送给最近的5G基站，根据实施程度的不同，恶意行为可划分为持续恶意攻击行为与开关恶意攻击行为2类，在持续恶意攻击行为中，车辆将不断地发送包含修改或伪造数据的消息；在开关恶意攻击行为中，车辆以一定规律周期性地发送包含真实数据的消息与包含虚假数据的消息，从而躲避识别与安全审查；(3)自私行为：车辆身处于智能交通应用场景，根据实施程度的不同，自私行为可划分为绝对自私行为与理性自私行为2类，在绝对自私行为中，车辆只愿意接收并享受路边基站发送的便利消息，不愿意参与到智能交通系统的活动中上报任何感知数据；在理性自私行为中，车辆根据对自身是否能够在智能交通系统中长期生存的判断，理性选择是否上报当前感知的数据，以获得智能交通系统的认可。5.根据权利要求3或4所述的基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，S13：分析信誉管理任务，具体如下，本方法对智能交通应用场景下车辆的信誉管理工作进行了分析，并设定了4个管理任务，(1)为智能交通系统中的每一辆车分配并维护一个信誉值，当车辆表现出良性行为时，
应获得系统的信誉值奖励；当车辆表现出恶意行为时，应被扣除一部分信誉值；当车辆表现出自私行为时，应被扣除一部分信誉值；(2)对车辆的恶意行为进行处罚，通过记录车辆表现出恶意行为的次数，确保多次实施恶意行为的车辆会被扣除越来越多的信誉值，并最终由于信誉值被全部扣除而被踢出系统；(3)对车辆的自私行为进行抑制，通过记录车辆在智能交通管理系统中的上报信息行为，周期性地统计每一辆车的参与程度，通过向车辆收取不同数量的信誉值，抑制车辆的自私行为；通过为车辆的良性行为增加信誉值作为奖励，激励车辆上报真实信息；(4)对系统内的信誉值进行统筹，通过记录车辆的上报行为以及对其的信誉值增减操作，对整个智能交通系统内所有车辆的信誉值进行统筹管理，克服单个车辆信誉值无节制增加的现象，保障系统内的信誉值总量保持稳定。6.根据权利要求5所述的基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，S2：设计车辆信誉模型，分为三个步骤：S21：模型的形式化定义；S22：设计针对恶意行为的奖惩策略；S23：设计针对自私行为的税收策略。7.根据权利要求6所述的基于联盟链的5G车联网车辆信誉管理方法，其特征在于，S21：模型的形式化定义，具体如下，该步骤定义了车辆信誉模型所有使用的参数，包括数学符号与其对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：许昱玮，余恩泽，宋宇星，张颖，张玉健，童飞，王良民，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：