一种基于智能合约的无人机中继系统频谱区块链共享方法

本发明属于电子信息领域，具体而言涉及一种基于智能合约的无人机中继系统频谱区块链共享方法。

背景技术：

1、随着数字化时代的到来，人们对于数据安全、可信性和去中心化的需求日益增长。区块链技术应运而生，作为一种去中心化的分布式账本技术，它被广泛应用于加密货币领域，如比特币和以太坊等。然而，随着人们对区块链技术的深入理解和应用探索，发现了其在其他领域的巨大潜力。

2、区块链技术在去中心化和不可篡改的特性使其成为信息安全领域的热点。传统的中心化数据库往往存在单点故障和数据篡改的风险，而区块链技术则通过分布式存储和加密算法确保了数据的安全性和可信度。这使得区块链技术成为金融、物联网、供应链管理等领域的理想选择。

3、关键的区块链技术包括共识算法、智能合约和分布式存储等。共识算法确保了网络中所有节点对交易的一致性认可，智能合约则实现了在没有中间人的情况下自动执行合约条款，分布式存储则保障了数据的安全性和可用性。

4、当恶意节点很容易加入区块链网络时，网络的可靠性受到威胁。这些恶意节点可能会试图进行双重花费、拒绝服务攻击等恶意行为，破坏网络的正常运行。因此，需要设计一种有效的信誉机制来识别和惩罚这些恶意节点，以维护网络的安全和稳定性。然而，设计合适的信誉机制需要考虑到节点之间的信息交换、信任计算、诚实节点的保护等多方面因素，这是一个复杂而具有挑战性的任务。

5、由于设备通常缺乏足够的计算和存储资源来维护和存储整个区块链分类账，因此需要采用轻量级算法。这样的算法需要具有较低的计算和存储资源消耗，以适应移动设备等资源受限环境。然而，在设计轻量级算法时需要平衡算法的性能和安全性，确保其能够有效地运行在资源受限的环境下，并且抵御各种攻击。

6、由于挖矿节点在成功挖矿后可以获得奖励，因此将共识算法与信誉机制相关联，可以降低信誉值节点的挖矿收益，以此来实现赏罚。然而，将共识算法与信誉机制相结合需要考虑到如何合理地评估节点的信誉值、如何在共识过程中考虑信誉值的影响、以及如何设置合适的奖励和惩罚机制等问题。同时，还需要解决如何防止恶意节点通过操纵信誉值来获取更多的挖矿奖励等安全性问题。

7、综上所述，区块链技术作为一种颠覆性的技术，正在不断拓展其应用领域，为实现数字化经济和社会提供了全新的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于智能合约的无人机中继系统频谱区块链共享方法，引入信誉机制有效识别和惩罚恶意节点，采用轻量级共识算法降低节点的计算和存储资源消耗，将共识算法与信誉机制相关联建立赏罚机制，并引入智能合约使得网络中的各种交易和业务逻辑能够自动化执行。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供一种基于智能合约的无人机中继系统频谱区块链共享方法，包括：

4、无人机在区块链网络中创建并部署智能合约；

5、无人机和地面用户通过智能合约注册登记信息；

6、区块链网络利用智能合约进行节点交易转账和信誉值更新。

7、进一步的，所述无人机在区块链网络中创建并部署智能合约，包括以下步骤：

8、无人机在区块链网络中创建智能合约；

9、区块链网络中的节点获取智能合约的代码，并进行验证；

10、若验证通过，节点就将智能合约部署到区块链网络中；

11、区块链网络中的其他节点将收到智能合约的部署请求，并进行确认和批准；

12、若智能合约的部署获得网络的确认和批准，则智能合约将被正式部署到区块链网络中，

13、并可以被其他节点调用和执行。

14、进一步的，所述区块链网络中的节点获取智能合约的代码，并进行验证，包括：对代码进行审查、测试和模拟运行，以确保合约的安全性、正确性和可靠性。

15、需要说明的是，在这个过程中，节点需要确保智能合约的安全性和正确性，以防止合约执行中的漏洞或错误。同时，合约的部署需要经过网络中其他节点的确认和批准，以确保网络的一致性和可靠性。

16、进一步的，所述无人机和地面用户通过智能合约注册登记信息，包括以下步骤：

17、区块链网络中的每个节点生成自己的注册信息；包括节点的身份标识、网络地址、公钥等信息，无人机和用户可以选择在区块链上提交注册请求；

18、节点将注册信息传递给网络中的其他节点，并等待其他节点的确认和接受；涉及到网络通信协议和数据传输机制，以确保注册信息的可靠传递；

19、接收注册信息的节点将信息记录到区块链的相应位置，或者保存在本地数据库中；节点会对注册信息进行验证和处理，以确保信息的安全性和真实性；

20、区块链网络中的其他节点会对注册信息进行验证和授权；涉及到身份验证、数字签名和授权机制等技术手段。

21、若节点的注册信息被网络中的其他节点确认和接受，该节点就被正式注册到区块链网络中，并可以参与网络的交互和通信；

22、进一步的，所述区块链网络利用智能合约进行节点交易转账和信誉值更新，包括以下步骤：

23、交易被创建后，将消息通过网络进行广播，向所有节点传播，所有节点对消息进行验证；是为了让所有节点了解到新的交易正在等待被打包和确认；当消息被全部节点验证后，才可以被打包进区块；

24、将验证通过的交易打包到一个新的区块中；每个区块通常包含多个交易；节点会将这些交易按照一定的规则组成一个区块，并为这个区块生成一个唯一的标识符，即区块头；在组装完整的区块之后，节点将其广播到网络中，以便其他节点进行确认和接受；

25、由上一个区块的上链者广播随机序列；若系统处于初始状态，则随机挑选一个区块；所有节点可以开始挖矿，通过计算数学问题来获取密钥；当一个节点挖矿成功，其区块将广播给所有节点，以便其他节点进行确认和接受；

26、若一个节点收到了新的区块，将对区块进行验证；若大多数节点都同意该区块是有效的，则该区块被确认，并被添加到区块链的尾部；

27、根据节点行为更新信誉值，并将新的状态信息上链。

28、需要说明的是，本发明需要考虑以下三个问题：

29、(1)恶意节点很容易加入区块链网络，威胁网络的可靠性，因此需要设计信誉机制；

30、(2)由于设备通常缺乏足够的计算和存储资源来维护和存储整个区块链分类账，因此需要采用轻量级算法；

31、(3)由于挖矿节点在成功挖矿后可以获得奖励，因此将共识算法与信誉机制相关联，降低低信誉值节点的挖矿收益，以此来实现赏罚。综上所述，本发明区块链网络的设计主要包括信誉机制、轻量级共识算法、赏罚机制三个部分。

32、进一步的，所述所有节点对消息进行验证为利用信誉值分辨诚信节点与恶意节点，包括以下步骤：

33、设定第i个节点目前工作在第n轮工作，其信誉值为：

34、tvi(n)＝tvi(n-1)±δtv

35、其中，tvi(n-1)为节点第n-1轮的信誉值，δtv为节点信誉值更新的最小单位，根据节点的行为来取正负。

36、进一步的，所述大多数节点都同意该区块是有效的为利用shamir密钥共享方法获得密钥使区块上链，具体包括以下步骤：

37、通过阈值引入了密钥共享的概念，基于多项式插值；

38、对于t个序列有且只有一个(t-1)次多项式使得f(xi)＝yi；其中，f(x)表示为：

39、f(x)＝k0+k1x+k2x2+...+kt-1xt-1

40、

41、对于轻量级共识算法，密钥为(k0,k1,...,kt-1)，其为多项式f(x)的系数序列；

42、当矿工想要上链时，求解构造的t个方程式f(xi)＝yi,i＝1,2,...,t，t为难度阈值，令f(xi)＝xi，求解方程变为：

43、k＝a-1x

44、

45、k＝(k0,k1,...,kt-1)t

46、x＝(x0,x1,...,xt-1)t

47、进一步的，还包括：利用共识算法和信誉值实现对挖矿节点的赏罚机制，具体包括以下步骤；

48、将挖矿难度和信誉值的关系定义为：

49、

50、其中，λ为初始的挖矿难度，tm为第m个节点在pol中解决数学问题的难度阈值，tvm为第m个无人机uavm的信誉值。

51、第二方面，本发明提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述基于智能合约的无人机中继系统频谱区块链共享方法。

52、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

53、(1)信誉机制：引入信誉机制可以有效识别和惩罚恶意节点，提高网络的可靠性和安全性。通过对节点行为进行监控和评估，可以建立起节点的信誉评级体系，从而防止恶意节点的入侵和破坏。这将增强网络的抗攻击能力，提高用户对区块链网络的信任度。

54、(2)轻量级共识算法：采用轻量级共识算法可以降低节点的计算和存储资源消耗，提高网络的性能和效率。通过优化共识算法的设计，可以减少网络延迟和能耗，从而使得区块链网络更适合在资源受限的环境下部署和运行。这将促进区块链技术在移动设备、物联网等领域的广泛应用。

55、(3)赏罚机制：将共识算法与信誉机制相关联，可以通过调整挖矿节点的奖励和惩罚来激励节点遵守规则和维护网络的稳定性。通过降低信誉值节点的挖矿收益，可以有效地惩罚恶意行为，并提高节点的奖励以鼓励良好行为。这将使得区块链网络更具有自我治理和自我调节的能力，进一步提升网络的稳定性和可靠性。

56、(4)智能合约执行的自动化和可靠性：智能合约的引入将使得网络中的各种交易和业务逻辑能够自动化执行，不依赖于中心化的机构或第三方。通过智能合约，可以实现诸如数字资产交换、合同执行等各种功能。智能合约的自动化执行不仅提高了交易的效率，还减少了人为错误的可能性，从而增强了网络的可靠性。同时，智能合约的不可篡改性和透明性也提高了交易的可信度，促进了区块链网络的发展和应用。