一种面向车联网的分层潮汐共识方法

本发明属于车联网区块链，具体涉及一种面向车联网的分层潮汐共识方法。

背景技术：

1、区块链技术的核心是分布式账本，它存储了网络上所有节点的公共账本数据，具有去中心化的特点，即没有一个中心化的控制机构，而是通过共识算法的方式使得所有节点都能够达成一致，并保证数据的一致性和可靠性。区块链技术的优势在于它可以提供高度的安全性、透明性和不可篡改性。区块链上的数据记录是由网络上的所有节点共同维护的，任何人都不能单独修改或删除其中的任意一个记录。这意味着区块链数据具有高度的可信性和可靠性，不像传统的数据库存在被篡改或丢失的风险。同时，区块链技术还具有匿名性和去中心化的特点，这意味着它不依赖个人或中心化机构的信任，而是通过算法和协议达成一致和验证数据的真实性。这使得区块链技术可以应用于金融、物流、能源、医疗等多个领域，并在这些领域中提高效率、降低成本，同时保证了数据的安全性和可信度。

2、车联网是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管并提供相应的综合服务。车联网由车辆自组织网络、智能车辆和移动网络组成。车联网通过将车辆、传感器和移动设备集成到一个全球网络中，使得车辆与车辆、车辆与路边基础设施、车辆与城市中的网络相互连接，确保各类服务能够及时的交付给驾驶员。车联网中的网络节点主要由车辆上的车载单元(on boardunit,obu)和道路两侧的路侧单元(road side unit,rsu)构成，且obu和rsu都遵循ieee802.11p标准的专用短程通信技术规范。在交通顺畅的情况下，最多能在800～1000m的范围内被其他车辆检测到车联网信息的传输范围为300m。车辆间可以频繁的进行信息交换，每分钟可以发送15～30次消息，信息内容包含车辆的速度、状态、周边车辆的异常行为等相关数据。因此，随着无线传感器网络的不断进步，车联网在提升城市交通服务的质量和互动性，降低成本和避免资源浪费等方面显示出巨大的潜力。

3、在论文《ebb-and-flow protocols:a resolution of the availability-finality dilemma》中，作者提出了一种创新的共识协议类别，即“ebb-and-flowprotocols”，用以解决区块链系统中可用性与最终性之间的平衡问题。该问题由cap定理提出，指出在动态参与和临时网络分区的情况下，无法同时实现系统的活跃性和安全性。论文中的算法通过并行执行两个子协议来实现：一个是动态可用的协议，如基于工作量证明的最长链协议，另一个是部分同步的拜占庭容错(bft)协议。动态可用协议负责接收交易并生成不断增长的有序账本，而bft协议则处理这些交易的快照，并输出有序的快照列表。通过将这些快照展平和清理，创建出一个最终确定的交易账本，同时保证了在网络环境的某些假设下，如全局稳定时间(gst)和全局唤醒时间(gat)之后，账本的安全性和活性。此外，如果不存在全局稳定时间，即gst为0，只要少于50％的唤醒节点是敌对的，可用账本始终是安全和活跃的。然而该现有研究关于车联网中的共识算法无法解决车辆节点离线和网络分区导致的共识失败问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种面向车联网的分层潮汐共识方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供了一种面向车联网的分层潮汐共识方法包括：

3、s100，区块链上的车联网系统中的所有设备均向权威机构申请注册，由所述权威机构完成注册；所述设备包括车辆和rsu单元，每个设备作为一个节点；

4、s200，注册成功的每个车辆向最近的rsu单元发送交易数据；

5、s300，每个车辆在移动过程中，与接收交易数据的rsu单元联合执行最长链sleepy共识算法，以利用交易数据生成最长链账本；

6、s400，所述rsu单元执行最终性streamlet共识算法，以利用最长链账本生成最终账本；

7、s500，将所述最终账本上传至所述区块链上。

8、有益效果：

9、本发明提供了一种面向车联网的分层潮汐共识方法，包括：区块链上的车联网系统中的所有设备均向权威机构申请注册，由所述权威机构完成注册；所述设备包括车辆和rsu单元，每个设备作为一个节点；注册成功的每个车辆向最近的rsu单元发送交易数据；每个车辆在移动过程中，与接收交易数据的rsu单元联合执行最长链sleepy共识算法，以利用交易数据生成最长链账本；所述rsu单元执行最终性streamlet共识算法，以利用最长链账本生成最终账本；将所述最终账本上传至所述区块链上。本发明利用最长链sleepy共识算法生成最长链账本，并在生成最长链账本过程中设计了车辆信誉度评估机制结合到sleepy协议的领导节点选举中提高了领导节点的安全性；之后利用最终性streamlet共识算法生成最终账本。此外，本发明针对车辆存储瓶颈以及车辆跨区域共识问题，设计了一种分层存储结构和车辆跨区域共识机制，保在不同区域之间维持共识的连续性和稳定性。因此本发明可以解决车辆节点离线和网络分区导致的共识失败问题。

10、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s300包括：

3.根据权利要求2所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s330包括：

4.根据权利要求3所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s332中的所述交互频率表示为：

5.根据权利要求2所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s370包括：

6.根据权利要求1所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s400包括：

7.根据权利要求6所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s440包括：

8.根据权利要求5所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，在s371之后，所述面向车联网的分层潮汐共识方法还包括：

9.根据权利要求8所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，s390包括：

10.根据权利要求9所述的面向车联网的分层潮汐共识方法，其特征在于，所述有效条件为qc序号与全局区块链状态是一致，且所述qc序号是连续的。

技术总结本发明提供了一种面向车联网的分层潮汐共识方法，采用分层潮汐共识算法完成车辆分层共识，包括最长链Sleepy共识和最终性Streamlet共识阶段。在最长链Sleepy共识阶段，利用最长链Sleepy共识算法生成最长链账本，并在生成最长链账本过程中设计了信誉度评估机制参与到车辆是否参与共识过程中，可以提高共识的安全性和适应性；在最终性Streamlet共识阶段，利用最终性Streamlet共识算法生成最终账本。此外，本发明针对车辆存储瓶颈以及车辆跨区域共识问题，设计了分层存储结构和车辆跨区域共识机制，保在不同区域之间维持共识的连续性和稳定性。因此解决了车辆节点离线和网络分区导致的共识失败问题。技术研发人员：杜志强,张嘉恒,傅妍芳,张文东,蒋文隆,梁沂博,张小朋,郑思歧,陈渊博受保护的技术使用者：西安工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17