區塊鏈技術在智能交通中的應用

劉民 蔣學輝

（1.南京三寶科技股份有限公司 江蘇省南京市 210000 2.江蘇馭道數據科技有限公司 江蘇省南京市 210000）

大數據時代已經潛移默化地改變了人們的生活方式，大數據技術的創新已為全世界的發展注入了新鮮血液。大數據時代背景下的“數據”是國家繁榮、城市發展的重要支持性戰略資源，在城市發展管理和社會公眾服務中起到舉足輕重的作用。為了高效地獲取和利用各行業中的數據資源以及促進交通運輸行業轉型升級，相關政府部門已經出臺了《促進大數據發展行動綱要》《關于推進公共信息資源開放的若干意見》等多項政策文件，以加快推進數據共創共享的進程，充分發揮我國交通政務信息資源共享在奪取數據互通共享戰役的絕對勝利的重要作用。

在推進建設我國交通信息共享體系的過程中，跨區域交通信息公開共享機制不健全、跨部門協作效能低、高運轉的數據治理體系未建立以及政府和社會雙向信息流動不活躍等發展短板也一一浮出水面[1]。出于隱私、道德、網絡安全、問責制、互操作性和競爭的原因，持有數據的實體可能“不愿”共享所掌握的數據，這也是數據共享過程中面臨的問題[2]。

除了數據共享難以實現外，在交通追溯方面也具有很多難以克服的問題。追溯可簡單分為運輸追溯和事故責任追溯。交通運輸和交通事故的突發性和不可預測性、多屬性相互耦合的特點使運輸追溯和責任追溯更加的復雜繁瑣。各實體獨立管理和數據上傳，是導致數據共享難以實現的重要原因。針對這一問題，提出基于區塊鏈技術重構城市智能交通平臺的方法。該方法采用了區塊鏈的區塊模型和核心技術，以區塊數據為核心，消除了每個實體的集中數據管理，徹底改變了數據采集、數據處理分析、數據存儲模式及方法，充分實現了城市智能交通這一多源系統的平臺化大數據共享、去中心化和分布式計算[3]，利用區塊鏈的內部層次的規范化操作，解決交通追溯的復雜性問題。

1 區塊鏈相關技術介紹

1.1 區塊鏈架構簡介

本質上，區塊鏈是一個共享數據庫。塊封裝的數據和信息具有不可偽造、可追溯、開放透明和集體維護的特征。傳統上，數據維護僅由涉及以及自身業務的單方來完成，但用區塊鏈技術可以將多個隔離數據集成于一體[4]。

區塊鏈架構包括數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層、應用層，如圖1所示。數據層主要描述區塊鏈技術的物理形式。每個區塊中包含了許多技術，比如時間戳技術，它可以確保每一個區塊按時間順序相連接，還有運用到的哈希函數能夠確保交易信息不被篡改。該層規定了區塊的數據格式，規范了鏈式結構，同時也用到了對稱加密算法等技術。網絡層主要實現了節點間的數據交流。區塊鏈網絡是一種點對點網絡，規范了區塊的傳播形式，即它的每一個節點都能發送數據與接收數據，兩個節點之間通過一個區塊鏈進行通信。共識層主要作用是讓每個分散的節點在一定的共識機制下承認區塊數據的有效性。因為區塊鏈系統是去中心化的，這也就意味著該層是通過一些共識機制（權益證明、工作量證明等）來提供節點間的數據有效性證明。為了激勵每個節點參與安全驗證工作中，區塊鏈技術就使用了特定的激勵措施，而激勵層就是用來封裝激勵手段（如發行機制和分配機制）的。合約層主要封裝了各種代碼、算法以及以此產生的智能合約。應用層則封裝了一些應用場景，比如手機端的APP、各種軟件等。

圖1：區塊鏈架構模型

在此模型下，區塊鏈技術最典型的技術創新在于時間戳技術、獨特的共識機制、基于共識的經濟激勵以及智能合約技術[7]。

1.2 區塊鏈核心技術

1.2.1 分布式賬本

分布式分類帳意味著交易會計由分布在不同位置的多個節點完成，并且每個節點記錄一個完整的帳戶，因此它們可以參與對交易合法性的監督，也可以共同證明這一點。從理論上講，除非所有節點都被破壞，否則帳戶不會丟失，從而確保帳戶數據的安全性[8]。

1.2.2 非對稱加密

非對稱加密算法相對于對稱加密算法是一種安全的方法，對稱加密算法是利用相同的密鑰，去進行加密和解密，而非對稱加密算法則不同，非對稱加密算法采用了一種更加安全的方式，即生成一組公鑰與私鑰，公鑰是向外界公開的，而私鑰是自己擁有的。公鑰用來驗證數字簽名，私鑰用來生成數字簽名。對稱加密算法最致命的缺點就是當密鑰被泄露，加密過的文件將會被他人解密并獲取，這對一些加密級別高的文件來說是一種災難。而非對稱加密算法則利用了一對密鑰，在通訊前不需要先同步密鑰，這避免了通信時文件信息泄露的危險，提高了通訊的安全性。

1.2.3 共識機制

共識可簡單理解為，不同群體所尋求的共同的認識、價值、想法等，在某一方面達成一致意見。區塊鏈的共識機制具有“以少服多”、“眾生平等”的特點。“以少服多”并不是完全由節點數全權決定，而是與其他因素一起參與共識比較，例如計算能力、凈值或其他計算機的特征量等[9]。區塊鏈的網絡中，每-個節點都可以創造新的區塊，創建新區塊后，它將以廣播形式通知其他節點，其他節點將驗證該塊。當驗證整個區塊鏈網絡中超過51%的用戶時，可以將新塊添加到主塊中。這種共識機制是區塊鏈的核心技術之一，也是區塊鏈社區的治理機制，允許高度分散的節點在去中心化的區塊鏈網絡中有效達成共識。

1.2.4 智能合約

智能合約可以理解為編寫在區塊鏈上的一段腳本代碼。它是通過事件來驅動，所處的是一種動態狀態，并且能夠根據預設條件自動地處理鏈上信息。它包含了3 個技術特性：數據透明、不可篡改和永久運行。

2 基于區塊鏈技術的智能交通

2.1 區塊鏈與智能交通結合的優勢

區塊鏈具有多種優良特性，其中較為重要的是其去中心化特性。在整個區塊鏈中，每個節點都是平等的，并且每一個節點都會將整個區塊鏈上的數據存儲下來。當區塊遭到攻擊時，即使該節點被損壞，仍然不會影響整個區塊鏈賬簿的完整性。通過區塊鏈技術去其中心化，實現公平約束，保障智能交通數據整體安全。區塊鏈上的任何區塊信息都是不可撤銷的，每個區塊都不能隨意銷毀以確保流量數據信息或合同不被偽造。利用區塊鏈技術可以增加智能交通信息的安全性。總的來說，區塊鏈信任度為零，所有用戶都是平等的，都有管理員層面的權利，這也意味著交易過程不需通過第三方干預完成，這種特點也正提高了用戶交易的安全性。從數據安全性的角度來看，記錄在區塊鏈上的所有信息都是加密的。同時，可追溯性是區塊鏈核心技術之一。在實際智能交通應用中，通過區塊鏈的可追溯性，可以高效地、強說服力地行為追溯和責任回溯，實現公平公正，促進各項事務高效運行。

2.2 區塊鏈技術在車載網中的應用

運輸是鏈式管理，并且在鏈式過程中不斷交換數據以改善管理。智能交通下的信息管理有兩大核心治理要素，分別為交通網絡基礎設施和交通流量，而這兩核心要素正是與區塊鏈的區塊鏈模型保持高度一致。對車載網而言，具體的問題有車輛終端安全風險、數據安全風險、通信網絡安全風險、應用服務安全風險等。

區塊鏈技術可以在車聯網通信過程中提高數據的機密性和完整性。存儲在區塊鏈上的數據受加密技術保護，所使用的公私鑰加密技術可確保僅由應用程序數據的目標接收數據。加密技術還可以幫助用戶在通過網絡發送和接收數據時保持半匿名狀態，從而保護隱私。由于其分散的架構和設計中使用的加密代碼，從數學運算的角度來看，區塊鏈網絡很難入侵。即使可以入侵該系統，成本也會飆升。每個節點上存儲的數據為：整個數據庫已正確同步。區塊鏈技術可以使聯網汽車用戶的數據永久存儲。對于希望以數字方式存儲數據而無需擔心數據丟失風險的用戶來說，區塊鏈已成為一種選擇。

車輛互聯網是一種動態移動通信系統，區塊鏈技術中的分散，不可篡改和開放的分布式數據庫為車輛互聯網的數據安全和隱私保護提供了信用保障。在未來的車聯網應用場景中，靜態數據（制造商信息、租賃信息、汽車保險等）和動態數據（例如汽車維修和汽車零件、里程、累積損耗、工作時間、故障違規信息等）構成車輛的唯一且完整的電子履歷表，該履歷表將在鏈上。鏈上存儲的信息可以由不同部門根據不同功能使用。在區塊鏈的核心技術支持下，所有數據都是面向全體用戶的特點使其整個系統信息具有高度透明性。依靠區塊鏈技術實現IoV 信息在區塊鏈上的快速交互，有利于降低IoV 中的服務成本和信息監督與審查成本，同時提高網絡安全性。

2.3 區塊鏈在智能停車場中的應用

區塊鏈技術在智能停車場應用中也有重要建樹。例如2019年4月，“5G”時代拉開帷幕，在區塊鏈技術的支持下，4 個5G 智慧停車場已在廣州黃埔區投入使用。同樣，也是由于區塊鏈技術的獨特優越性，保時捷（Porsche）制造商決定采用區塊鏈技術記錄和收取停車費。智能停車場服務項目可以包括停車位查詢、停車位預訂、停車位導航和停車費支付等多個部分。通過區塊鏈技術，對用戶的停車位預訂信息，停車時間，車輛信息和支付信息進行虛擬貨幣計算，使停車位資產數字化、透明化。利用共識機制和區塊鏈的信用轉移實現不同智能停車場之間的互聯;利用區塊鏈的匿名機制和加密算法實現信息脫敏，確保不同智能停車場之間用戶的私密性以及管理的獨立性;在分布式賬本的基礎上，通過停車位資產的數字化和停車位資源的調度算法，實現了停車位的預留，交換，共享和優化利用。通過采用5G（NB-IoT）網絡和設施設備，實現停車位的狀態管理和快速反饋；增加現場停車位導航和信息推送功能；基于區塊鏈的防篡改，不可偽造和可追溯性，確保數據高度可信，建立信用模型，提供基于信用的管理停車管理服務。

另外，由于區塊鏈有其可追溯性，使用該特性可以解決停車場運營單位在服務過程中存在的風險點的存證問題。例如，在交通行政執法方面的監督和認證方面，可以記錄停車場內進出口車輛的數據，避免因停車時發生車輛碰撞而引起司法糾紛；跨鏈技術可以與司法區塊鏈配合使用，可以實現交通相關數據的對接；發生事故或投訴時，可以向有關部門提供司法公證依據。

3 總結

借助區塊鏈技術，可以實現車載網絡中節點的自我管理和自組織，減少了網絡中大規模數據的傳輸，降低了服務器訪問的頻率，提高了快速感知實時路況信息在車輛網絡中的傳播和擴散容量和信息利用效率提高了節點之間數據共享和協作的能力。區塊鏈節點與記錄之間的共識機制不可篡改，為車輛網絡中數據傳輸的安全性和可追溯性提供了技術保障，將區塊鏈技術引入智能交通領域，構建交通區塊鏈的基礎平臺以及交通領域內部研究思想的突破，對于挖掘跨領域、跨行業的各種數據的潛在價值具有重要意義。