随着车联网技术的发展,车联网数据的可信安全共享成为技术研究重点。区块链技术具有去中心化、不可篡改、匿名化等特点,能够使节点在非可信环境中达成一致意见。目前,集成区块链的车联网系统已成为车联网数据可信安全的重要解决方案。传统的区块链共识机制具有高设备要求、低吞吐量、高确认时延等问题,无法满足车联网中各类场景的要求。针对车联网中场景需求优化区块链共识算法具有重要意义。因此,本文面向车联网数据共享场景,研究不同车联网数据共享场景的区块链共识算法,满足车辆数据共享的要求。城市道路安全告警等紧急业务密集,传统区块链共识算法不区分交易类型,难以满足时延敏感的紧急交易的等待时延需求。针对该问题,本文提出一种基于双链结构的车联网数据共享架构,并设计面向紧急交易共享的双链共识算法。双链共识算法区分交易类型并上传交易至执行不同共识算法的区块链。为满足紧急交易的严格时延需求,设计基于紧急度证明的轻量级共识算法优先处理紧急交易。针对时延约束宽松的非紧急业务,设计一种与紧急证明过程结合的实用拜占庭容错共识算法,将投票过程隐藏在紧急度证明过程中完成双链并行出块。同时,设计一种基于社会关系的主观逻辑信誉模型以管理区块链共识节点,降低区块链共识规模与时延。仿真结果表明双链共识算法可以有效降低紧急交易的等待时延,加快区块确认速度。传统车联网区块链依赖于路旁单元进行共识过程,产生高昂的部署成本并缩小区块链应用范围。无路旁单元辅助的车辆区块链的移动性导致传统区块链性能受损。针对该问题,本文提出了一种基于车辆分区的车辆数据共享架构,根据通信中继跳数限制建立车辆分片减小通信距离。针对分片内数据共享,提出一种基于通信质量的拜占庭容错算法(Quality based Byzantine Fault Tolerant,QBFT),通过计算通信质量选择最佳主节点提升系统性能,并融合正常共识过程与视图切换流程完成主节点离开的系统无成本切换。针对跨分片数据共享交易,提出一种基于交易块的有向无环图(Transaction Block based Directed Acyclic Graph,TBDAG)的跨域交易处理机制加快区块确认速度。安全性与活性分析证明了所提共识算法的安全性和活性。最后,仿真结果表明面向无RSU场景的共识算法具有良好的系统吞吐量和较低共识通信复杂度,可以保证交易的快速确认。
在如今的数据时代,随着信息技术的快速发展和全球互联网技术的普及,大量的个人、企业和政府机构的数据存储、传输和处理行为也随之增加,随之产生的数据安全问题也受到了广大研究人员的关注。数据安全是指在数据存储、传输和处理过程中,数据能够不被非法获取、篡改、破坏或丢失的技术和管理策略。数据存证的应用领域极其广泛,包括但不限于医疗、金融、知识产权、电子合同、证据保全等,加强数据存证的保护非常必要。传统的数据存证文件通过科技手段进行扫描并且存放在中心化数据库。然而中心化数据库容易被攻击者攻击,会造成数据丢失或泄露,给实际生产带来巨大影响。因此本文针对上述问题提出了一种基于区块链的数字存证系统,该系统利用区块链能够对数据永久性存储、不可篡改以及可溯源追踪等优点来保障数字存证文件的安全。为避免因引入区块链技术导致系统性能降低,本文提出了一种基于动态机制和信誉积分机制的实用拜占庭容错算法(A Practical Byzantine Fault Tolerance Based on Dynamic Mechanism and Reputation Points Mechanism,DR-PBFT)。经过测试,优化后的系统在保证存证数据真实可靠的同时可以减少系统的性能开销。本文的具体研究内容和创新点包括:1.提出了一种基于动态机制和信誉积分的实用拜占庭容错算法,首先通过引入动态加入和退出机制,使得节点可以根据需求灵活地加入或退出集群,提高了网络的动态性和可扩展性,解决了传统PBFT算法动态性差的问题;其次设计了信誉积分机制,对节点的信誉分数进行分段,并通过奖惩机制,动态调节各个节点的信誉积分,降低了拜占庭节点当选主节点的概率,减少了网络开销;最后对该算法进行了实验仿真,证明了该共识算法的可行性以及相比PBFT算法的优势。2.引入了IPFS文件系统,将数字存证文件通过IPFS文件系统储存,并将存储文件的哈希值加密后上传至区块链中,实现了数字存证文件的链下存储,解决了传统区块链系统存储形式单一化且单个区块存储空间有限的问题。3.基于上述研究,设计并实现了一种基于区块链的数字存证系统。首先进行需求分析,明确了该系统的功能需求;然后进行了系统总体框架的设计及各个模块的设计;最后实现了该系统并进行了测试。
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