基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法技术

本发明专利技术涉及一种基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，包括：生成合法身份信息并写入基于区块链智能合约设计的身份认证中心，同时将合法身份信息写入机器人；各机器人私有链状态初始化，发送身份认证请求及身份信息；身份认证中心收到机器人的身份信息，进行身份认证；系统根据机器人身份认证结果管理机器人，通过身份认证的机器人加入集群；集群机器人开始执行任务并定时上传位置信息和任务执行信息至基于区块链智能合约设计的任务监管中心；任务监管中心根据机器人的位置信息和任务执行信息对机器人进行评分，并基于评分判定拜占庭机器人。该方法可以减少系统识别拜占庭机器人的时间，提高群机器人系统的拜占庭容错能力。拜占庭容错能力。拜占庭容错能力。

【技术实现步骤摘要】
基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法


[0001]本专利技术涉及群机器人
，具体涉及一种基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法。

技术介绍

[0002]近年来随着群机器人技术的发展，群机器人被广泛应用于仓储物流、工业、勘探、医疗等领域。要将群机器人应用到现实场景中，群机器人的安全性是必须考虑的因素。安全主题一直被机器人的前沿研究所忽视，这主要是由于群机器人系统机器人自主、分散控制、成员数量多、集体行为等复杂和异构的特征。拜占庭机器人问题是来自群机器人内部的安全问题，拜占庭机器人是与良性机器人的行为不一致的机器人。在实际系统中，拜占庭机器人的存在往往会导致成群结队的机器人无法按预期完成任务。
[0003]在群机器人中，拜占庭机器人(即故障或恶意机器人)的存在可能导致群体的预期行为与实际行为之间存在差异。拜占庭机器人一词是指表现出与预设行为不一致行为的机器人，无论其根本原因如何。如果机器人偏离了它的预设行为，随意的行动，则它具有拜占庭行为。
[0004]区块链是解决分布式系统安全问题的一种前沿技术，作为一种新的容错方式，在比特币和金融领域得到了很好的应用。近年来，区块链在物联网(Internet of Things,IoT)等其他领域也得到了大量应用。由于群机器人的互连和异构，继承了物联网空间的传统隐私、安全和信任问题。将群机器人们与无需许可的公共区块链技术相结合，为这些问题提供了解决方案。区块链不仅可以为群机器人提供可靠的点对点通信渠道，而且还是一种克服潜在威胁、漏洞和攻击的方法。
[0005]传统的基于区块链的拜占庭机器人识别方法，声誉管理系统(Reputation Management System,RMS)，能够在群机器人共识场景下，识别群机器人内部的拜占庭机器人，确保群机器人达成共识。RMS的不足之处是系统需要花费较长时间识别拜占庭机器人，对于共识场景来说，拜占庭机器人识别时间越长会导致群机器人达成共识的时间越长，但不会造成群机器人的共识造成致命影响，群机器人最终还是能达成共识。在任务执行场景下，系统识别拜占庭机器人的时间越长，带来的安全隐患越大，甚至会导致群机器人的任务执行失败。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，该方法可以减少系统识别拜占庭机器人的时间，提高群机器人系统的拜占庭容错能力。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，包括如下步骤：
[0008](1)生成合法身份信息并写入基于区块链智能合约设计的身份认证中心，同时通过安全信道将合法身份信息写入机器人；
[0009](2)各机器人私有链状态初始化，发送身份认证请求及身份信息；
[0010](3)身份认证中心收到来自别的机器人的身份信息，进行身份认证；
[0011](4)系统根据机器人身份认证结果管理机器人，通过身份认证的机器人加入集群，未通过身份认证的机器人则无法加入集群；
[0012](5)集群机器人开始执行任务，并定时上传位置信息和任务执行信息至基于区块链智能合约设计的任务监管中心；
[0013](6)任务监管中心根据机器人的位置信息和任务执行信息对机器人进行评分，并基于评分判定拜占庭机器人。
[0014]进一步地，基于区块链的群机器人系统中，机器人合法身份信息包括机器人合法身份标识的哈希值和机器人对应的合法区块链地址A
legal
，合法身份标识的哈希值与合法区块链地址A
legal
一一匹配，身份认证要求机器人的身份标识和区块链地址均合法且匹配。
[0015]进一步地，在机器人i开始运动前，向身份认证中心发送身份认证请求及身份标识ID
i
；身份认证中心收到机器人i的身份标识ID
i
，同时得到机器人的区块链地址A
i
，身份认证中心进行身份认证，确认机器人的身份标识ID
i
和区块链地址A
i
是否合法且匹配，并将未通过身份认证的机器人判定为拜占庭机器人。
[0016]进一步地，机器人在执行任务过程中，定时上传自身位置信息以及任务执行信息至任务监管中心；任务监管中心每隔固定时间Δt根据机器人的位置信息以及任务执行情况对机器人进行一轮评分，通过机器人的得分反映机器人的任务完成度；对低评分的机器人，任务监管中心将其判定为拜占庭机器人。
[0017]进一步地，构建基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合系统，包括：
[0018]身份管理中心，用于存储和管理机器人合法身份信息，以及在区块链初始化阶段，将机器人合法身份信息发送给身份认证中心；
[0019]身份认证中心，用于接收机器人的身份认证请求和身份信息，以及判断机器人的身份是否合法；
[0020]任务监管中心，用于对群机器人的任务执行状态进行监督和评分；
[0021]群机器人中的机器人，主要由控制模块和通信模块组成，其中控制模块用于感知环境和机器人运动的控制，通信模块用于实现机器人之间的通信，以及通过区块链平台与区块链进行交互；以及
[0022]双层通信网络，包括实时通信网络和异步通信网络，其中实时通信网络不通过区块链，用于实现机器人之间的实时数据交互，异步通信网络通过区块链，用于实现机器人与区块链的异步数据交互。
[0023]进一步地，身份管理中心存储n个合法机器人的合法身份标识的的哈希值和机器人对应的合法区块链地址A
legal
，合法身份标识的哈希值与合法区块链地址A
legal
一一匹配；机器人合法身份标识ID
legal
的哈希值如式(1)：
[0024][0025]其中，h(
·
)为哈希函数；
[0026]定义由n个机器人合法身份标识的哈希值以及合法区块链地址A
legal
组成的集合其中n为系统中机器人的数量，i为系统中第i个机器人；
[0027]在区块链网络初始化阶段，身份管理中心将机器人合法身份标识的哈希值以及合法区块链地址A
legali
组成的集合写入身份认证中心；在智能合约中定义两个映射Θ和Ξ如下：
[0028][0029]其中，G1是素数q阶的加法循环群，N为常数，{0,1}
*
为任意长度的0和1组成的比特串；
[0030]取常数n1,n2∈N，将机器人合法身份标识的哈希值和合法区块链地址A
legal
绑定，如式(3)：
[0031][0032]系统中的每个机器人，都拥有一个身份标识ID以及一个区块链地址A；在机器人i开始运动前，向身份认证中心发送身份认证请求及身份标识ID
i
；身份认证中心收到机器人i的身份标识ID
i
，对ID
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)生成合法身份信息并写入基于区块链智能合约设计的身份认证中心，同时通过安全信道将合法身份信息写入机器人；(2)各机器人私有链状态初始化，发送身份认证请求及身份信息；(3)身份认证中心收到来自别的机器人的身份信息，进行身份认证；(4)系统根据机器人身份认证结果管理机器人，通过身份认证的机器人加入集群，未通过身份认证的机器人则无法加入集群；(5)集群机器人开始执行任务，并定时上传位置信息和任务执行信息至基于区块链智能合约设计的任务监管中心；(6)任务监管中心根据机器人的位置信息和任务执行信息对机器人进行评分，并基于评分判定拜占庭机器人。2.根据权利要求1所述的基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，其特征在于，基于区块链的群机器人系统中，机器人合法身份信息包括机器人合法身份标识的哈希值和机器人对应的合法区块链地址A
legal
，合法身份标识的哈希值与合法区块链地址A
legal
一一匹配，身份认证要求机器人的身份标识和区块链地址均合法且匹配。3.根据权利要求1所述的基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，其特征在于，在机器人i开始运动前，向身份认证中心发送身份认证请求及身份标识ID
i
；身份认证中心收到机器人i的身份标识ID
i
，同时得到机器人的区块链地址A
i
，身份认证中心进行身份认证，确认机器人的身份标识ID
i
和区块链地址A
i
是否合法且匹配，并将未通过身份认证的机器人判定为拜占庭机器人。4.根据权利要求1所述的基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，其特征在于，机器人在执行任务过程中，定时上传自身位置信息以及任务执行信息至任务监管中心；任务监管中心每隔固定时间Δt根据机器人的位置信息以及任务执行情况对机器人进行一轮评分，通过机器人的得分反映机器人的任务完成度；对低评分的机器人，任务监管中心将其判定为拜占庭机器人。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，其特征在于，构建基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合系统，包括：身份管理中心，用于存储和管理机器人合法身份信息，以及在区块链初始化阶段，将机器人合法身份信息发送给身份认证中心；身份认证中心，用于接收机器人的身份认证请求和身份信息，以及判断机器人的身份是否合法；任务监管中心，用于对群机器人的任务执行状态进行监督和评分；群机器人中的机器人，主要由控制模块和通信模块组成，其中控制模块用于感知环境和机器人运动的控制，通信模块用于实现机器人之间的通信，以及通过区块链平台与区块链进行交互；以及双层通信网络，包括实时通信网络和异步通信网络，其中实时通信网络不通过区块链，用于实现机器人之间的实时数据交互，异步通信网络通过区块链，用于实现机器人与区块
链的异步数据交互。6.根据权利要求5所述的基于区块链的群机器人身份认证与任务监管融合方法，其特征在于，身份管理中心存储n个合法机器人的合法身份标识的的哈希值和机器人对应的合法区块链地址A
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，合法身份标识的哈希值与合法区块链地址A
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一一匹配；机器人合法身份标识ID
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的哈希值如式(1)：其中，h(
·
)为哈希函数；定义由n个机器人合法身份标识的哈希值以及合法区块链地址A
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组成的集合其中n为系统中机器人的数量，i为系统中第i个机器人；在区块链网络初始化阶段，身份管理中心将机器人合法身份标识的哈希值以及合法区块链地址A
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组成的集合写入身份认证中心；在智能合约中定义两个映射Θ和Ξ如下：其中，G1是素数q阶的加法循环群，N为常数，{0,1}
*
为任意长度的0和1组成的比特串；取常数n1,n2∈N，将机器人合法身份标识的哈希值和合法区块链地址A
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绑定，如式(3)：系统中的每个机器人，都拥有一个身份标识ID以及一个区块链地址A；在机器人i开始运动前，向身份认证中心发送身份认证请求及身份标识ID
i
；身份认证中心收到机器人i的身份标识ID
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，对ID<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄捷，曾佳洲，黄景丽，薛文艳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：