区块链技术在智能交通中的应用

刘民 蒋学辉

（1.南京三宝科技股份有限公司 江苏省南京市 210000 2.江苏驭道数据科技有限公司 江苏省南京市 210000）

大数据时代已经潜移默化地改变了人们的生活方式，大数据技术的创新已为全世界的发展注入了新鲜血液。大数据时代背景下的“数据”是国家繁荣、城市发展的重要支持性战略资源，在城市发展管理和社会公众服务中起到举足轻重的作用。为了高效地获取和利用各行业中的数据资源以及促进交通运输行业转型升级，相关政府部门已经出台了《促进大数据发展行动纲要》《关于推进公共信息资源开放的若干意见》等多项政策文件，以加快推进数据共创共享的进程，充分发挥我国交通政务信息资源共享在夺取数据互通共享战役的绝对胜利的重要作用。

在推进建设我国交通信息共享体系的过程中，跨区域交通信息公开共享机制不健全、跨部门协作效能低、高运转的数据治理体系未建立以及政府和社会双向信息流动不活跃等发展短板也一一浮出水面[1]。出于隐私、道德、网络安全、问责制、互操作性和竞争的原因，持有数据的实体可能“不愿”共享所掌握的数据，这也是数据共享过程中面临的问题[2]。

除了数据共享难以实现外，在交通追溯方面也具有很多难以克服的问题。追溯可简单分为运输追溯和事故责任追溯。交通运输和交通事故的突发性和不可预测性、多属性相互耦合的特点使运输追溯和责任追溯更加的复杂繁琐。各实体独立管理和数据上传，是导致数据共享难以实现的重要原因。针对这一问题，提出基于区块链技术重构城市智能交通平台的方法。该方法采用了区块链的区块模型和核心技术，以区块数据为核心，消除了每个实体的集中数据管理，彻底改变了数据采集、数据处理分析、数据存储模式及方法，充分实现了城市智能交通这一多源系统的平台化大数据共享、去中心化和分布式计算[3]，利用区块链的内部层次的规范化操作，解决交通追溯的复杂性问题。

1 区块链相关技术介绍

1.1 区块链架构简介

本质上，区块链是一个共享数据库。块封装的数据和信息具有不可伪造、可追溯、开放透明和集体维护的特征。传统上，数据维护仅由涉及以及自身业务的单方来完成，但用区块链技术可以将多个隔离数据集成于一体[4]。

区块链架构包括数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层，如图1所示。数据层主要描述区块链技术的物理形式。每个区块中包含了许多技术，比如时间戳技术，它可以确保每一个区块按时间顺序相连接，还有运用到的哈希函数能够确保交易信息不被篡改。该层规定了区块的数据格式，规范了链式结构，同时也用到了对称加密算法等技术。网络层主要实现了节点间的数据交流。区块链网络是一种点对点网络，规范了区块的传播形式，即它的每一个节点都能发送数据与接收数据，两个节点之间通过一个区块链进行通信。共识层主要作用是让每个分散的节点在一定的共识机制下承认区块数据的有效性。因为区块链系统是去中心化的，这也就意味着该层是通过一些共识机制（权益证明、工作量证明等）来提供节点间的数据有效性证明。为了激励每个节点参与安全验证工作中，区块链技术就使用了特定的激励措施，而激励层就是用来封装激励手段（如发行机制和分配机制）的。合约层主要封装了各种代码、算法以及以此产生的智能合约。应用层则封装了一些应用场景，比如手机端的APP、各种软件等。

图1：区块链架构模型

在此模型下，区块链技术最典型的技术创新在于时间戳技术、独特的共识机制、基于共识的经济激励以及智能合约技术[7]。

1.2 区块链核心技术

1.2.1 分布式账本

分布式分类帐意味着交易会计由分布在不同位置的多个节点完成，并且每个节点记录一个完整的帐户，因此它们可以参与对交易合法性的监督，也可以共同证明这一点。从理论上讲，除非所有节点都被破坏，否则帐户不会丢失，从而确保帐户数据的安全性[8]。

1.2.2 非对称加密

非对称加密算法相对于对称加密算法是一种安全的方法，对称加密算法是利用相同的密钥，去进行加密和解密，而非对称加密算法则不同，非对称加密算法采用了一种更加安全的方式，即生成一组公钥与私钥，公钥是向外界公开的，而私钥是自己拥有的。公钥用来验证数字签名，私钥用来生成数字签名。对称加密算法最致命的缺点就是当密钥被泄露，加密过的文件将会被他人解密并获取，这对一些加密级别高的文件来说是一种灾难。而非对称加密算法则利用了一对密钥，在通讯前不需要先同步密钥，这避免了通信时文件信息泄露的危险，提高了通讯的安全性。

1.2.3 共识机制

共识可简单理解为，不同群体所寻求的共同的认识、价值、想法等，在某一方面达成一致意见。区块链的共识机制具有“以少服多”、“众生平等”的特点。“以少服多”并不是完全由节点数全权决定，而是与其他因素一起参与共识比较，例如计算能力、净值或其他计算机的特征量等[9]。区块链的网络中，每-个节点都可以创造新的区块，创建新区块后，它将以广播形式通知其他节点，其他节点将验证该块。当验证整个区块链网络中超过51%的用户时，可以将新块添加到主块中。这种共识机制是区块链的核心技术之一，也是区块链社区的治理机制，允许高度分散的节点在去中心化的区块链网络中有效达成共识。

1.2.4 智能合约

智能合约可以理解为编写在区块链上的一段脚本代码。它是通过事件来驱动，所处的是一种动态状态，并且能够根据预设条件自动地处理链上信息。它包含了3 个技术特性：数据透明、不可篡改和永久运行。

2 基于区块链技术的智能交通

2.1 区块链与智能交通结合的优势

区块链具有多种优良特性，其中较为重要的是其去中心化特性。在整个区块链中，每个节点都是平等的，并且每一个节点都会将整个区块链上的数据存储下来。当区块遭到攻击时，即使该节点被损坏，仍然不会影响整个区块链账簿的完整性。通过区块链技术去其中心化，实现公平约束，保障智能交通数据整体安全。区块链上的任何区块信息都是不可撤销的，每个区块都不能随意销毁以确保流量数据信息或合同不被伪造。利用区块链技术可以增加智能交通信息的安全性。总的来说，区块链信任度为零，所有用户都是平等的，都有管理员层面的权利，这也意味着交易过程不需通过第三方干预完成，这种特点也正提高了用户交易的安全性。从数据安全性的角度来看，记录在区块链上的所有信息都是加密的。同时，可追溯性是区块链核心技术之一。在实际智能交通应用中，通过区块链的可追溯性，可以高效地、强说服力地行为追溯和责任回溯，实现公平公正，促进各项事务高效运行。

2.2 区块链技术在车载网中的应用

运输是链式管理，并且在链式过程中不断交换数据以改善管理。智能交通下的信息管理有两大核心治理要素，分别为交通网络基础设施和交通流量，而这两核心要素正是与区块链的区块链模型保持高度一致。对车载网而言，具体的问题有车辆终端安全风险、数据安全风险、通信网络安全风险、应用服务安全风险等。

区块链技术可以在车联网通信过程中提高数据的机密性和完整性。存储在区块链上的数据受加密技术保护，所使用的公私钥加密技术可确保仅由应用程序数据的目标接收数据。加密技术还可以帮助用户在通过网络发送和接收数据时保持半匿名状态，从而保护隐私。由于其分散的架构和设计中使用的加密代码，从数学运算的角度来看，区块链网络很难入侵。即使可以入侵该系统，成本也会飙升。每个节点上存储的数据为：整个数据库已正确同步。区块链技术可以使联网汽车用户的数据永久存储。对于希望以数字方式存储数据而无需担心数据丢失风险的用户来说，区块链已成为一种选择。

车辆互联网是一种动态移动通信系统，区块链技术中的分散，不可篡改和开放的分布式数据库为车辆互联网的数据安全和隐私保护提供了信用保障。在未来的车联网应用场景中，静态数据（制造商信息、租赁信息、汽车保险等）和动态数据（例如汽车维修和汽车零件、里程、累积损耗、工作时间、故障违规信息等）构成车辆的唯一且完整的电子履历表，该履历表将在链上。链上存储的信息可以由不同部门根据不同功能使用。在区块链的核心技术支持下，所有数据都是面向全体用户的特点使其整个系统信息具有高度透明性。依靠区块链技术实现IoV 信息在区块链上的快速交互，有利于降低IoV 中的服务成本和信息监督与审查成本，同时提高网络安全性。

2.3 区块链在智能停车场中的应用

区块链技术在智能停车场应用中也有重要建树。例如2019年4月，“5G”时代拉开帷幕，在区块链技术的支持下，4 个5G 智慧停车场已在广州黄埔区投入使用。同样，也是由于区块链技术的独特优越性，保时捷（Porsche）制造商决定采用区块链技术记录和收取停车费。智能停车场服务项目可以包括停车位查询、停车位预订、停车位导航和停车费支付等多个部分。通过区块链技术，对用户的停车位预订信息，停车时间，车辆信息和支付信息进行虚拟货币计算，使停车位资产数字化、透明化。利用共识机制和区块链的信用转移实现不同智能停车场之间的互联;利用区块链的匿名机制和加密算法实现信息脱敏，确保不同智能停车场之间用户的私密性以及管理的独立性;在分布式账本的基础上，通过停车位资产的数字化和停车位资源的调度算法，实现了停车位的预留，交换，共享和优化利用。通过采用5G（NB-IoT）网络和设施设备，实现停车位的状态管理和快速反馈；增加现场停车位导航和信息推送功能；基于区块链的防篡改，不可伪造和可追溯性，确保数据高度可信，建立信用模型，提供基于信用的管理停车管理服务。

另外，由于区块链有其可追溯性，使用该特性可以解决停车场运营单位在服务过程中存在的风险点的存证问题。例如，在交通行政执法方面的监督和认证方面，可以记录停车场内进出口车辆的数据，避免因停车时发生车辆碰撞而引起司法纠纷；跨链技术可以与司法区块链配合使用，可以实现交通相关数据的对接；发生事故或投诉时，可以向有关部门提供司法公证依据。

3 总结

借助区块链技术，可以实现车载网络中节点的自我管理和自组织，减少了网络中大规模数据的传输，降低了服务器访问的频率，提高了快速感知实时路况信息在车辆网络中的传播和扩散容量和信息利用效率提高了节点之间数据共享和协作的能力。区块链节点与记录之间的共识机制不可篡改，为车辆网络中数据传输的安全性和可追溯性提供了技术保障，将区块链技术引入智能交通领域，构建交通区块链的基础平台以及交通领域内部研究思想的突破，对于挖掘跨领域、跨行业的各种数据的潜在价值具有重要意义。