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一种基于区块链的无人机任务分配系统

1.无人机应用于各种智能应用，如国防、民用和医疗服务。由于这些应用程序中的数据通过一个开放的渠道流动，即互联网，因此安全和隐私始终是一个具有挑战性的问题。虽然文献中有很多解决方案可以解决这个问题，但这些解决方案不足以通过无线通信信道远程处理安全性、隐私性、延迟和高效的实时医疗服务交付。此外，现有的无人机系统存在安全性、可靠性、延迟和存储成本问题，这在短期内限制了其适用性。基于这些事实，本发明提出一种基于区块链的无人机任务分配系统。

背景技术：

2.无人机具有成本低、体积小、易于部署、维护成本低、机动性高等特点，广泛应用于城市规划、工程监控、物流配送等土木工程领域。在实际应用中，单架无人机受到能量消耗与视觉范围的限制，面对恶劣的作战环境和复杂的作战任务，一无人机可以多角度感知和共享数据，有效克服单架无人机有限的视野，协同作战，通过体智能实现协同决策，有效提高了无人机的生存能力和整体作战效能，能够完成诸如集对抗、森林消防等高难度任务。
3.在无人机机队协同作战的背景下，无人机之间应建立信息连接通道，形成移动自组织无人机网络。与传统移动网络相比，无人机网络具有节点移动速度快、工作环境干扰强、工作时间长、实时性强等特点，引入了复杂的安全性。无人机和无人机本身采集的数据很容易成为黑客的攻击目标，如果黑客拦截通信信息或劫持无人机，都将对集作战环境产生影响，甚至造成泄露国家机密、扰乱社会秩序等严重后果。
4.现有技术存在的问题：1、无人机入难以保障安全认证；2、无人机入后产生恶意行为难以追踪和溯源；3、无人机离后，新进无人机难以继承原无人机任务。

技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于区块链的无人机任务分配系统。
6.本发明提供如下技术方案：一种基于区块链的无人机任务分配系统，包括无人机身份认证模块、无人机恶意行为监测模块、分布式决策技术模块；
7.所述的无人机身份认证模块主要包括三个部分:无人机身份证书构建、无人机身份隐私保护、无人机身份认证；其中，无人机节点身份证书构建主要涉及节点权限划分问题以及身份有效性证明问题，针对节点权限划分问题拟采用基于fiscobcos的权限划分技术进行无人机节点权限划分，针对身份有效性证明问题拟采用基于openssl的证书创建技术创建节点身份证书。
8.区块链是用于安全、透明地共享无人机行为数据的，需要设计安全可靠的权限划分机制来将可信任的无人机节点纳入到区块链网络共识集来。因此，本项目拟采用组划分无人机节点是否拥有共识权限，此外，考虑到无人机集的特殊性要求，如:部分节点只允许参与数据同步但不参与决策，将无人机节点分为三类:共识节点、观察节点、游离节
点。其节点功能划分如下:
9.1)共识节点:共识节点参与共识出块和交易/区块同步，共识节点需要完成网络准入并加入组；
10.2)观察节点:观察节点只参与区块同步，不参与共识出块，观察节点需要完成网络准入并加入组；
11.3)游离节点:完成网络准入但没有加入组的节点。游离节点尚未通过组准入，不参与共识和同步。
12.无人机节点在确定节点权限后，首先，采用openssl技术库生成私钥node. key,使用私钥node.key创建证书请求文件node.csr,并完善证书请求文件中的相关信息。然后，发送证书请求文件node.csr至机构管理员，机构管理员审核证书请求文件node.csr信息并验证node.csr对应密钥是否合法。最后，机构管理员审核验证通过后，使用机构私钥agency.key为节点颁发证书。
13.无人机身份认证模块实现步骤如下：
14.步骤1、搭建fisco bcos的区块链网络
15.步骤1.1、安装ubuntu依赖
16.步骤1.2、创建操作目录,下载安装脚本
17.第一步，创建操作目录；
18.cd～&&mkdir-p fisco&&cd fisco；
19.第二步，下载fisco安装脚本，输入命令，命令是：
20.curl-#lohttps://github/fisco-bcos/fisco-bcos/releases/download/v2.9.1/build_chain.sh&&chmod u+x build_chain.sh；
21.步骤1.3、搭建单组多节点联盟链；在fisco目录下执行下面的指令，指令是bash build_chain.sh-l 127.0.0.1:4-p 30300,20200,8545；生成一条单组4节点的fisco链；确保机器的30300～30303，20200～20203， 8545～8548端口没有被占用；
22.命令执行成功会输出all completed；如果执行失败，输出提示检查 nodes/build.log文件中的错误信息。
23.所述的无人机恶意行为监测模块包括无人机行为上链与追溯和自动化异常处理机制。拟采用go-sdk，智能合约和区块链技术实现无人机行为数据进行上链存储与链上追溯,实现无人机节点行为数据不可篡改与不可抵赖。通过计算生成当前时间的哈希实现时间哈希的上链，以达到无人机行为数据不可篡改的目的。
24.自动化异常处理机制通过机器学习检测出无人机异常，并自动触发安全机制，将恶意节点修改成流离节点不再参与共识过程。
25.无人机恶意行为监测模块实现步骤如下：
26.步骤s1、编写无人机智能合约；合约内部创建string类型的hash字段，将当前时间通过哈希算法加密后转化为一段长度较短、位数固定的散列数据作为一条无人机数据的唯一标识；无人机智能合约部分代码如图所示：
[0027][0028]
步骤s2、编译并部署无人机智能合约；
[0029]
步骤s3、将无人机智能合约编译为go文件；
[0030]
步骤s4、使用golang调用无人机合约并将无人机数据上链；
[0031]
s41，首先获取经过python生成算法通过不断迭代获得的最优无人机任务分配路径；
[0032]
s42，通过writecontract方法调用无人机智能合约的上链函数；将后台获取的数据进行上链保存；
[0033]
s43，将获取的数据保存在数据库中；
[0034]
所述的分布式决策技术模块包括无人机集任务继承和无人机集分布式决策，无人机集任务继承具体为首先，新入无人机节点采用智能合约技术获取链上关于任务决策的历史数据。然后，新入无人机节点分析该任务决策得出最优执行策略，并根据该策略拟定入方案。最后，新入无人机节点广播入方案至其它节点，其它节点收到广播后协作新成员入，完成任务决策继承。
[0035]
无人机集分布式决策具体为首先，离节点向集发起离易，集内其它节点基于共识机制验证该笔交易后接受该节点的离申请，然后，采用智能合约技术实现当前任务决策上链存储，以便后续新节点加入集后继承当前任务决策。最后，集内的游离节点加入共识节点后获取离节点的数据继承当前任务决策。
[0036]
分布式决策技术模块实现步骤如下：
[0037]
步骤s101、通过机器学习的方法获取发生恶意行为的无人机编号；
[0038]
步骤s102、获取恶意无人机在链上的飞行数据；
[0039]
步骤s103、将备用无人机加入无人机集，并将恶意无人机提出无人机集；
[0040]
实现fisco bcos游离节点加入组的步骤：
[0041]
s31，在控制台中输入addobserver【游离节点id】，将游离节点转变成观察者节点；
[0042]
s32，在控制台中输入addsealer【观察者节点id】，将观察者节点转变成共识节点；
[0043]
s33：在控制台中输入removenode【共识节点id】，使共识节点退出组；
[0044]
步骤s104、备用无人机继承恶意无人机的飞行数据继续进行任务；
[0045]
步骤s105、将新无人机的飞行数据上链保存。
[0046]
本发明具备以下有益效果：
[0047]
(1)针对无人机入难以保障安全认证的问题，而现有身份认证方式存在普适性差、证书管理效率低等缺陷，提出无可信第三方服务的身份认证机制，构建无人机区块链可
信网络安全体系；
[0048]
(2)针对无人机入后产生恶意行为难以追踪和溯源等问题，提出基于区块链的恶意行为检测与预警机制，实现多方共识、安全可信的违规追责方式；
[0049]
(3)针对无人机离后，新进无人机难以继承原无人机任务的问题，提出一种区块链的通信信道机制，构建无人机可表达、易拓展机制，退出者能稳定退出，新进者能快速继承的管理体系。
具体实施方式
[0050]
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0051]
一种基于区块链的无人机任务分配系统，包括无人机身份认证模块、无人机恶意行为监测模块、分布式决策技术模块；
[0052]
所述的无人机身份认证模块主要包括三个部分:无人机身份证书构建、无人机身份隐私保护、无人机身份认证；其中，无人机节点身份证书构建主要涉及节点权限划分问题以及身份有效性证明问题，针对节点权限划分问题拟采用基于fiscobcos的权限划分技术进行无人机节点权限划分，针对身份有效性证明问题拟采用基于openssl的证书创建技术创建节点身份证书。
[0053]
区块链是用于安全、透明地共享无人机行为数据的，需要设计安全可靠的权限划分机制来将可信任的无人机节点纳入到区块链网络共识集来。因此，本项目拟采用组划分无人机节点是否拥有共识权限，此外，考虑到无人机集的特殊性要求，如:部分节点只允许参与数据同步但不参与决策，将无人机节点分为三类:共识节点、观察节点、游离节点。其节点功能划分如下:
[0054]
1)共识节点:共识节点参与共识出块和交易/区块同步，共识节点需要完成网络准入并加入组；
[0055]
2)观察节点:观察节点只参与区块同步，不参与共识出块，观察节点需要完成网络准入并加入组；
[0056]
3)游离节点:完成网络准入但没有加入组的节点。游离节点尚未通过组准入，不参与共识和同步。
[0057]
无人机节点在确定节点权限后，首先，采用openssl技术库生成私钥node. key,使用私钥node.key创建证书请求文件node.csr,并完善证书请求文件中的相关信息。然后，发送证书请求文件node.csr至机构管理员，机构管理员审核证书请求文件node.csr信息并验证node.csr对应密钥是否合法。最后，机构管理员审核验证通过后，使用机构私钥agency.key为节点颁发证书。
[0058]
无人机身份认证模块实现步骤如下：
[0059]
步骤1、搭建fisco bcos的区块链网络
[0060]
步骤1.1、安装ubuntu依赖
[0061]
步骤1.2、创建操作目录,下载安装脚本
[0062]
第一步，创建操作目录；
[0063]
cd～&&mkdir-p fisco&&cd fisco；
[0064]
第二步，下载fisco安装脚本，输入命令，命令是：
[0065]
curl-#lohttps://github/fisco-bcos/fisco-bcos/releases/download/v2.9.1/build_chain.sh&&chmod u+x build_chain.sh；
[0066]
步骤1.3、搭建单组多节点联盟链；在fisco目录下执行下面的指令，指令是bash build_chain.sh-l 127.0.0.1:4-p 30300,20200,8545；生成一条单组4节点的fisco链；确保机器的30300～30303，20200～20203， 8545～8548端口没有被占用；
[0067]
命令执行成功会输出all completed；如果执行失败，输出提示检查 nodes/build.log文件中的错误信息。
[0068]
所述的无人机恶意行为监测模块包括无人机行为上链与追溯和自动化异常处理机制。拟采用go-sdk，智能合约和区块链技术实现无人机行为数据进行上链存储与链上追溯,实现无人机节点行为数据不可篡改与不可抵赖。通过计算生成当前时间的哈希实现时间哈希的上链，以达到无人机行为数据不可篡改的目的。
[0069]
自动化异常处理机制通过机器学习检测出无人机异常，并自动触发安全机制，将恶意节点修改成流离节点不再参与共识过程。
[0070]
无人机恶意行为监测模块实现步骤如下：
[0071]
步骤s1、编写无人机智能合约；合约内部创建string类型的hash字段，将当前时间通过哈希算法加密后转化为一段长度较短、位数固定的散列数据作为一条无人机数据的唯一标识；部分代码如下所示：
[0072][0073]
步骤s2、编译并部署无人机智能合约；
[0074]
步骤s3、将无人机智能合约编译为go文件；
[0075]
步骤s4、使用golang调用无人机合约并将无人机数据上链；
[0076]
s41，首先获取经过python生成算法通过不断迭代获得的最优无人机任务分配路径；
[0077]
s42，通过writecontract方法调用无人机智能合约的上链函数；将后台获取的数据进行上链保存；
[0078]
s43，将获取的数据保存在数据库中；
[0079]
所述的分布式决策技术模块包括无人机集任务继承和无人机集分布式决策，无人机集任务继承具体为首先，新入无人机节点采用智能合约技术获取链上关于任务决策的历史数据。然后，新入无人机节点分析该任务决策得出最优执行策略，并根据该策略拟定入方案。最后，新入无人机节点广播入方案至其它节点，其它节点收到广播后协作新成员入，完成任务决策继承。
[0080]
无人机集分布式决策具体为首先，离节点向集发起离易，集内其它节点基于共识机制验证该笔交易后接受该节点的离申请，然后，采用智能合约技术实现当前任务决策上链存储，以便后续新节点加入集后继承当前任务决策。最后，集内的游离节点加入共识节点后获取离节点的数据继承当前任务决策。
[0081]
分布式决策技术模块实现步骤如下：
[0082]
步骤s101、通过机器学习的方法获取发生恶意行为的无人机编号；
[0083]
步骤s102、获取恶意无人机在链上的飞行数据；
[0084]
步骤s103、将备用无人机加入无人机集，并将恶意无人机提出无人机集；
[0085]
实现fisco bcos游离节点加入组的步骤：
[0086]
s31，在控制台中输入addobserver【游离节点id】，将游离节点转变成观察者节点；
[0087]
s32，在控制台中输入addsealer【观察者节点id】，将观察者节点转变成共识节点；
[0088]
s33：在控制台中输入removenode【共识节点id】，使共识节点退出组；
[0089]
步骤s104、备用无人机继承恶意无人机的飞行数据继续进行任务；
[0090]
步骤s105、将新无人机的飞行数据上链保存。
[0091]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种基于区块链的无人机任务分配系统，其特征在于，包括无人机身份认证模块、无人机恶意行为监测模块、分布式决策技术模块；所述的无人机身份认证模块实现步骤如下：步骤1、搭建fisco bcos的区块链网络；步骤1.1、安装ubuntu依赖；步骤1.2、创建操作目录,下载安装脚本；第一步，创建操作目录；第二步，下载fisco安装脚本，输入命令，命令是：curl-#lohttps://github/fisco-bcos/fisco-bcos/release s/download/v2.9.1/build_chain.sh&&chmod u+x build_chain.sh；步骤1.3、搭建单组多节点联盟链；在fisco目录下执行下面的指令，指令是bash build_chain.sh-l 127.0.0.1:4-p 30300,20200,8545；生成一条单组4节点的fisco链；确保机器的30300～30303，20200～20203，8545～8548端口没有被占用；命令执行成功会输出all completed；如果执行失败，输出提示检查nodes/build.log文件中的错误信息；所述的无人机恶意行为监测模块实现步骤如下：步骤s1、编写无人机智能合约；步骤s2、编译并部署无人机智能合约；步骤s3、将无人机智能合约编译为go文件；步骤s4、使用golang调用无人机合约并将无人机数据上链；s41，首先获取经过python生成算法通过不断迭代获得的最优无人机任务分配路径；s42，通过writecontract方法调用无人机智能合约的上链函数；将后台获取的数据进行上链保存；s43，将获取的数据保存在数据库中；所述的分布式决策技术模块实现步骤如下：步骤s101、通过机器学习的方法获取发生恶意行为的无人机编号；步骤s102、获取恶意无人机在链上的飞行数据；步骤s103、将备用无人机加入无人机集，并将恶意无人机节点从共识节点变成游离节点不参与共识；实现fisco bcos游离节点加入组的步骤：s31，在控制台中输入addobserver【游离节点id】，将游离节点转变成观察者节点；s32，在控制台中输入addsealer【观察者节点id】，将观察者节点转变成共识节点；s33：在控制台中输入removenode【共识节点id】，使共识节点退出组；步骤s104、备用无人机继承恶意无人机的飞行数据进行任务；步骤s105、将新无人机的飞行数据上链保存。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机任务分配系统，其特征在于，于步骤s1中，合约内部创建字段，当前时间通过哈希算法加密后转化为一段长度较短、位数固定的散列数据。3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机任务分配系统，其特征在于，无人机
节点分为三类：共识节点、观察节点、游离节点。4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的无人机任务分配系统，其特征在于，无人机恶意行为监测模块还包括自动化异常处理机制，机器学习检测出无人机异常，并自动触发安全机制，将恶意节点修改成游离节点，游离节点不再参与共识过程。

技术总结

本发明公开了一种基于区块链的无人机任务分配系统，包括无人机身份认证模块、无人机恶意行为监测模块、分布式决策技术模块；针对无人机入难以保障安全认证的痛点问题，而现有身份认证方式存在普适性差、证书管理效率低等缺陷，提出无可信第三方服务的身份认证机制，构建无人机区块链可信网络安全体系；针对无人机入后产生恶意行为难以追踪和溯源等痛点问题，提出基于区块链的恶意行为检测与预警机制，实现多方共识、安全可信的违规追责方式；针对无人机离后，新进无人机难以继承原无人机任务的痛点问题，提出一种区块链的通信信道机制，构建无人机可表达、易拓展机制，退出者能稳定退出，新进者能快速继承的管理体系。新进者能快速继承的管理体系。