基于区块链和多属性决策的车联网信任管理方案

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2024121865

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11): 3470-3476.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2024121865

• 第七届CCF中国区块链技术大会 • 上一篇

基于区块链和多属性决策的车联网信任管理方案

罗欣洋¹^,²^,³, 万武南¹^,³^,⁴(), 张仕斌¹^,³^,⁴, 张金全¹^,²^,³

^1.先进密码技术与系统安全四川省重点实验室（成都信息工程大学），成都 610054
^2.成都信息工程大学网络空间安全学院，成都 610225
^3.成都信息工程大学双流产业学院，成都 610203
^4.成都信息工程大学人工智能学院，成都 610225

收稿日期:2025-01-03 修回日期:2025-02-25 接受日期:2025-02-27 发布日期:2025-03-27 出版日期:2025-11-10
通讯作者: 万武南
作者简介:罗欣洋（2000—），女，四川成都人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：区块链安全
张仕斌（1970—），男，重庆人，教授，博士，CCF高级会员，主要研究方向：量子技术、人工智能安全、区块链安全
张金全（1974—），男，四川邻水人，副教授，博士，主要研究方向：密码学、区块链安全。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFB3103103);四川省科技教育联合基金面上项目(2025NSFSC2077);成都市重点研发项目(2023-XT00-00002-GX);成都市重点研发支撑计划项目(2024-YF05-01227-SN)

Trust management scheme for internet of vehicles based on blockchain and multi-attribute decision making

Xinyang LUO¹^,²^,³, Wunan WAN¹^,³^,⁴(), Shibin ZHANG¹^,³^,⁴, Jinquan ZHANG¹^,²^,³

^1.Advanced Cryptography and System Security Key Laboratory of Sichuan Province （Chengdu University of Information Technology），Chengdu Sichuan 610054，China
^2.School of Cybersecurity，Chengdu University of Information Technology，Chengdu Sichuan 610225，China
^3.Shuangliu Industrial College，Chengdu University of Information Technology，Chengdu Sichuan 610203，China
^4.College of Artificial Intelligence，Chengdu University of Information Technology，Chengdu Sichuan 610225，China

Received:2025-01-03 Revised:2025-02-25 Accepted:2025-02-27 Online:2025-03-27 Published:2025-11-10
Contact: Wunan WAN
About author:LUO Xinyang， born in 2000， M. S. candidate. Her research interests include blockchain security.
ZHANG Shibin， born in 1970， Ph. D.， professor. His research interests include quantum technology， artificial intelligence security， blockchain security.
ZHANG Jinquan， born in 1974， Ph. D.， associate professor. His research interests include cryptology， blockchain security.
Supported by:
This work is partially supported by National Key Research and Development Program of China(2022YFB3103103);General Program of Joint Fund for Science and Technology Education in Sichuan Province(2025NSFSC2077);Key Research and Development Project of Chengdu(2023-XT00-00002-GX);Key Research and Development Support Program Project of Chengdu(2024-YF05-01227-SN)

摘要/Abstract

摘要：

针对车联网（IoV）中合理地对车辆进行信任评估并及时更新多个路边单元（RSU）之间一致的信任值的问题，在已有的IoV信任管理方案基础上，提出一种基于区块链和多属性决策的IoV信任管理方案BCIoVTrust （BlockChain IoV Trust）。首先，通过属性值和动态属性权重计算车辆综合信任值和恶意概率标志值；其次，通过奖惩机制减少恶意车辆在IoV中停留的时间；最后，采用混合共识机制，以车辆信任值的绝对值之和作为权益，动态改变矿工节点的出块难度。实验结果表明，该方案能更全面准确地计算车辆信任值、识别和移除恶意车辆，并且更快地更新区块上存储的信任值，从而有效解决冷启动问题、动态调整信任衰减速率、合理选择最优推荐节点以及防止恶意车辆共谋串通。

关键词: 车联网, 多属性决策, 区块链, 信任管理, 智能合约

Abstract:

Aiming at the problems of conducting reasonable trust evaluations for vehicles and ensuring timely updates of consistent trust values among multiple RoadSide Units （RSUs） in the Internet of Vehicles （IoV）， a trust management scheme for IoV based on blockchain and multi-attribute decision making was proposed on the basis of the existing trust management schemes for IoV， named BCIoVTrust （BlockChain IoV Trust）. Firstly， the comprehensive trust value and the malicious probability indicator of a vehicle were calculated by attribute values and dynamical attribute weights. Secondly， a reward and punishment mechanism was introduced to reduce the time that malicious vehicles stay in the IoV. Finally， a hybrid consensus mechanism was used to dynamically change the blocking out difficulty of the miner node by taking the sum of the absolute values of the vehicles' trust values as the stake. Experimental results show that the scheme can calculate the vehicle trust value more comprehensively and accurately， identify and remove malicious vehicles， and update the trust value stored on the blocks faster to effectively solve the cold-start problem， dynamically adjust the rate of trust decay， reasonably select the optimal recommended nodes， and prevent the malicious vehicles from conspiring and colluding.

Key words: Internet of Vehicles (IoV), multi-attribute decision making, blockchain, trust management, smart contract

中图分类号:

TP309

罗欣洋, 万武南, 张仕斌, 张金全. 基于区块链和多属性决策的车联网信任管理方案[J]. 计算机应用, 2025, 45(11): 3470-3476.

Xinyang LUO, Wunan WAN, Shibin ZHANG, Jinquan ZHANG. Trust management scheme for internet of vehicles based on blockchain and multi-attribute decision making[J]. Journal of Computer Applications, 2025, 45(11): 3470-3476.

图/表 12

图1 体系流程

Fig. 1 System flowchart

表1 符号及含义

Tab. 1 Symbols and meanings

符号	含义	符号	含义
$e j$	属性指标占比矩阵中的熵	$η$	当前行为向量
$p i j$	属性值占比	$S i m$	余弦相似度
$ω j$	属性权重	$R V$	推荐信任值
$S r i$	信任主体不同属性信息	$a, b, c$	信任值权重
$G V$	广域信任值	$T V$	综合信任值
$t n o w$	当前行为发生时间	$S p$	特种车辆标志
$t h i s t o r y$	历史行为发生时间	$S p l$	特种信任级别
$α$	时间衰减因子	$c i j$	游走值
$f (t)$	时间衰减函数	$C$	游走权重矩阵
$H V$	历史信任值	$π$	平衡状态
$μ (s)$	历史行为向量	$m i$	恶意标志值

表1 符号及含义

Tab. 1 Symbols and meanings

符号	含义	符号	含义
$e j$	属性指标占比矩阵中的熵	$η$	当前行为向量
$p i j$	属性值占比	$S i m$	余弦相似度
$ω j$	属性权重	$R V$	推荐信任值
$S r i$	信任主体不同属性信息	$a, b, c$	信任值权重
$G V$	广域信任值	$T V$	综合信任值
$t n o w$	当前行为发生时间	$S p$	特种车辆标志
$t h i s t o r y$	历史行为发生时间	$S p l$	特种信任级别
$α$	时间衰减因子	$c i j$	游走值
$f (t)$	时间衰减函数	$C$	游走权重矩阵
$H V$	历史信任值	$π$	平衡状态
$μ (s)$	历史行为向量	$m i$	恶意标志值

图2 IoV全局游走模型

Fig. 2 Global wandering model for IoV

表2 信任级别

Tab. 2 Confidence Level

特种信任级别	部门行政级别	特种信任级别	部门行政级别
［0.75，1］	1~5级	［0.25，0.5）	11~15级
［0.5，0.75）	6~10级

图3 区块结构

Fig. 3 Structure of block

表3 关键参数配置

Tab. 3 Configuration of key parameters

参数	取值	参数	取值
车辆总数	50	$a$	1/3
车辆通信半径/m	80	$b$	1/3
RSU单元间距/m	70	$c$	1/3
$d$	10	哈希算法	SHA-256

表3 关键参数配置

Tab. 3 Configuration of key parameters

参数	取值	参数	取值
车辆总数	50	$a$	1/3
车辆通信半径/m	80	$b$	1/3
RSU单元间距/m	70	$c$	1/3
$d$	10	哈希算法	SHA-256

图4 广域信任值对比实验

Fig. 4 Comparative test of wide area trust value

图5 时间衰减速率与历史信任值的关系

Fig. 5 Relationship between time decay rate and historical trust value

图6 相似行为个数的取值选择

Fig. 6 Choice of values for number of similar behaviors

图7 恶意概率标志值对比实验

Fig. 7 Comparative test of malicious probability sign value

图8 奖惩机制可靠性实验

Fig. 8 Reliability experiment on reward and punishment mechanism

图9 区块生成时间对比实验

Fig. 9 Block generation time comparison experiment

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基于区块链和多属性决策的车联网信任管理方案

Trust management scheme for internet of vehicles based on blockchain and multi-attribute decision making

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