一种基于区块链的野外无人车辆通信方法

本发明涉及野外无人车辆通信方法领域，具体涉及一种野外无人车辆信号加密通信系统。

背景技术：

1、随着自动驾驶技术的发展，无人车辆已经能够满足多种野外场景下的作业要求，尤其是在军事方面，无人车辆可以独自完成战术突袭、伤员转运、后勤运输等多种任务，大大降低了人员伤亡。

2、与此同时，随着现代战争中信息战已经成为举足轻重的一部分，如何保证无人车辆通信的安全性和可靠性成为了一项新的挑战。一旦无人车辆在战场上的通信系统受到攻击，将会对车辆乃至整个战争造成严重的威胁。为了提高通信效率和通信隐蔽性，各式各样的区块链技术在近年来越来越多的被使用。

3、野外无人车辆在进行军事作战任务时，其通信内容可能涉及到大量的敏感信息和数据，区块链技术的去中心化和加密特性确保了通信内容的安全性和隐私性，能够有效防止敏感信息被未经授权的访问和篡改。同时区块链技术的分布式特性能够使得通信系统有效抵抗一定强度的网络攻击，保障了通信的可靠性。在现代战争高强度的电子对抗背景下，借助区块链技术与无人车辆进行通信极具应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是为野外无人车辆提供一种高效、隐蔽的通信系统，防止控制信号被发现或被篡改，提高车辆的通信安全性。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种野外无人车辆的通信系统，包括基于隐蔽的高效率区块链车辆通信模型ebcvcm、通信模块、tms320f28335单片机、电路板等；

4、考虑到区块链领域的部分名词在车辆领域并不常见，因此对涉及到的区块链领域专用名词进行解释：

5、以太坊：一种基于区块链技术的开源平台，它允许开发者构建和部署智能合约；

6、solidity：一种用于智能合约开发的编程语言，主要用于以太坊区块链平台；

7、solc：solidity编译器(solidity compiler)的缩写，主要用于将solidity代码编译成以太坊虚拟机(ethereum virtual machine，evm)可以执行的字节码；

8、rpc(remote procedure call)：一种远程调用过程协议，它允许一个程序调用另一个地址空间(通常是相对远程的计算机上)的过程(或子程序)，通常用于与区块链节点进行通信，本发明中的合约部署及交易均通过rpc；

9、truffle：一个以太坊开发框架，提供了用于编写、测试和部署智能合约的工具；

10、p2p(peer-to-peer)网络：一种分布式网络结构，其中每个节点(或者称为对等节点)在网络中扮演着相同的角色，可以充当客户端和服务器，直接与其他节点进行通信，而不需要中央服务器的中介。

11、交易：指由一个账户向另一个账户发送的数据包。在本发明中，操控者向无人车发送控制信号即视为交易；

12、零知识证明：一个密码学概念，意味用于证明某个主体拥有特定信息，而不需要透露该信息的内容。

13、混币合约：通常指的是一种加密货币交易的智能合约，其主要目的是为了增加交易的隐私性和匿名性，可以用来混合(或混淆)加密货币的交易，使得难以追踪特定的交易参与者和金额。本文用混合合约来混淆无人车的控制信号。

14、优选的，所述通信系统的通信步骤包括：

15、步骤一：开发者预先在以太坊开发框架turffle下通过solidity语言编写含车辆动作的智能合约，并通过solidity语言编译器solc编译成以太坊虚拟机可以执行的evm字节符；

16、步骤二：将编写的智能合约按照混币规则改进为混币合约，通过零知识证明技术设置无人车的地址为混币合约地址，根据以太坊平台的要求，使用平台允许的工具将evm字节符进行部署；

17、步骤三：操控者发出对无人车辆的控制信号[h,i,g,k,x,y,z,(v1,…vn)]，提出交易；

18、步骤四：将控制信号设置为混币合约的混淆数值，通过ecc和aes加密算法对混淆数值加密生成密文c，将密文c嵌入交易信息中；

19、步骤五：交易信息经过过滤到达无人车，无人车上的计算机进行信息识别，通过验证后使用密钥进行信息提取，获得操控者发出的控制信号[h,i,g,k,x,y,z,(v1,…vn)]，并将该控制信号传给无人车动力模块和结构调整模块；

20、步骤六：无人车根据自身计算机输出的控制信号动作，进行相应的运动或者结构调整。

21、所述ebcvcm模型的信息嵌入步骤包括：

22、步骤一：将交易发出地址设置为：

23、control.from＝s  (1.1)

24、式(1.1)中s为交易的发出地址，可由操控者预先设定；

25、步骤二：将交易的接收地址设置为混币合约地址:

26、control.to＝vehicleaddress  (1.2)

27、式(1.2)中vehicleaddress为混币合约地址，其通过哈希函数或其他密码学函数生成，可以借助零知识证明获得；

28、步骤三：将交易的数值设置为混币合约的混淆数值：

29、control.value＝vehiclevalue

30、＝[h,i,g,k,x,y,z,(v1,…vn)]  (1.3)

31、式(1.3)中vehiclevalue为混淆数值，预先通过solidity规定vehiclevalue的数据格式为vehiclevalue＝＝[h,i,g,k,x,y,z,(v1,…vn)]，其中h、i、g、k分别表示控制键盘上“↑”、“↓”、“←”、“→”按键的状态(true或false)，x、y、z为车轮高度、轴距、轮距的调整数值，单位cm，vi(i从1到n)为0-1变量，(v1,…vn)表示要控制的动力单元，默认全为1，即同时对n个动力单元进行控制，若要对某个或者某几个动力单元进行单独控制，只需将不控制的动力单元设为0；；

32、步骤四：将交易的承诺设置为信息的加密密文，在加密过程中使用aes和ecc两种加密算法，同时融合数字签名。发送者使用加密算法(即密钥)对消息进行加密，并使用私钥签署消息和密文，接着将加密后的信息和数字签名打包发给无人车。无人车使用公钥验证数字签名，使用私钥进行密文解密，通过验证数字签名判断消息是否被篡改。

33、ecc密钥生成算法：随机选择一条椭圆曲线上的一点作为基点生成发送者和无人车的加密公钥pk以及私钥sk，对应分别为(pk1、sk1)和(pk2、sk2)。

34、ecc加密：输入混淆数值control.value和无人车的公钥pk2，使用ecc加密算法生成加密密文c：

35、c＝encryptecc(control.value，pk2)

36、control.promise＝c  (1.4)

37、ecc解密：输入密文c和无人车的私钥sk2，使用ecc解密算法获取混淆数值control.value：

38、control.value＝decryptecc(c，sk2)  (1.5)

39、交易的签名值生成：

40、control.signal＝sign(control.value,sk1)  (1.6)

41、式(1.6)中，sign()为数字签名算法。

42、交易的签名值验证：

43、true/false＝verify(control.signal,pk1)                (1.7)

44、式(1.7)中，verify()为验签算法。

45、aes密钥生成算法：设置安全参数λ，通过密钥生成算法生成对称密钥k：

46、k＝keygenaes(λ)                         (1.8)

47、aes加密：输入混淆数值control.value和对称密钥k，通过加密算法生成密文c：

48、c＝encryptaes(control.value,k)                   (1.9)

49、aes解密：输入密文c和对称密钥k，通过解密算法获取混淆数值control.value：

50、control.value＝decryptaes(c,k)                  (1.10)

51、优选的，所述通信设备包括1个控制键盘和至少一个显示屏；

52、本发明公开的一种基于区块链的野外无人车辆通信系统，充分利用了区块链技术的智能合约和隐私保护特性，实现了无人车辆控制信号的加密传输，从而增强了在环境复杂的野外场景下无人车通信的安全性和可靠性。该方法对外具有抗审查特性，能够防止信号泄露，对内具有透明性和可追溯性，便于操控者查看完整的交易历史，一定程度上提高了无人车辆野外通信的便利性。