使用区块链和 IPFS 的可靠车辆数据存储 | MDPI Electronics

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文章导读

近年来，自动驾驶技术受到越来越多的关注，特斯拉、谷歌和现代等各种汽车公司都在不断发行具备自动驾驶技术的车辆。车辆的数据 (如里程、速度、发动机状态和电池状态) 收集和分析是自动驾驶汽车安全运行必不可少的因素，可以用于提高车辆的自动驾驶性能，诊断车辆状况。

随着车辆数据重要性的增加，安全存储车载数据变得非常重要。然而，常用于存储车辆数据的车载诊断扫描仪是物联网设备、系统安全性和容量存在一定问题。为了解决这个问题，来自韩国启明大学的Sejin Park团队在Electronics 期刊发表了一篇关于车辆数据存储的论文，文章提出一种使用区块链和IPFS安全有效地存储车辆数据的系统。用户可以通过以太坊分布式应用程序DApp访问系统，并管理他们的车辆数据。各项实验证明该系统具有卓越性能，且实验结果显示了其在数据处理速度和成本方面具有很大优势。

系统结构及创建流程

主要系统：DApp，一个去中心化应用程序，可以安全存储车辆数据并将IPFS与区块链相结合。系统结构如图1所示：

图1. 系统结构示意图。

系统运行过程

文章提出的系统的主要实现过程分为四个步骤：(1) 登记车辆和用户；(2) 存储数据；(3) 访问数据；(4) 共享数据。

用户可以通过订阅方式注册到系统 (图2)，注册时，用户的以太坊地址、公钥、文件列表名称和车辆识别号 (VIN) 是必要的。用户的以太坊地址、公钥、私钥自动通过访问用户以太坊的密钥库文件通过密钥提取输入存储密钥信息，用户必须输入文件列表名称和VIN值。

图2. 车辆和用户注册过程示意图。

存储车辆数据的过程 (图3) 包括接收车辆数据和通过数据压缩、字符串分离、IPFS将它们存储在用户的合约中上传和数据加密。由OBD-II扫描仪实时生成的车辆数据。然后转移到DApp并上传。

图3. 数据存储过程示意图。

要访问所需的数据，用户可以输入用户的以太坊地址，私有密钥、FileList合约名和文件名进入DApp并开始访问存储在用户的UserData中的FileList合约 (图4)。

图4. 访问数据过程示意图。

共享数据的过程 (图5) 主要包括创建要共享的 FileList合约。数据请求者向用户提供他的以太坊地址和公钥，用户向DApp提供他们的信息，即从数据请求者那里收到的信息以及要与数据请求者共享的新FileList合约的名称。

图5. 数据共享过程示意图。

运行

用户登录 (图6) 系统后，在图7的数据页面中，用户可以查看存储在他的FileList中的文件数据列表合同，点击查看按钮，请求获取数据，便可以查看。当用户点击分享按钮时，就可以链接到数据共享页面 (图8)。共享过程包括：(1) 创建共享文件列表；(2) 共享文件；(3) 取消访问权限。用户可以通过输入用户的信息 (愿意共享数据和文件列表的用户信息) 请求数据共享 (图9)，并可以在其中查看他们的共享文件列表。

图6. 登录页面。

图7. 数据存储页面。

图8. 共享页面。

图9. 数据共享页面。

实验评估

数据处理速度

首先，作者测定并分析了将车辆数据通过本文设定系统上传至智能合约的速度，以及未通过设定系统运行的原始数据直接上传至智能合约的速度 (图10b)。实验中使用的100辆汽车OBD数据的原始大小大约为328-339字节，实验结果如图10a所示。

图10. (a) 使用文章设定系统上传数据的速度；(b) 原始数据上传速度。

由于测量总共100辆车辆OBD数据的上传速度，平均需要大约1500-3500毫秒，为了验证本文所提出的系统的优势，作者还测量了上传原始数据的速度并比较了性能。结果如图11b所示。

实验结果显示原始数据的上传速度平均为1451毫秒，通过本文设定系统运行后数据的上传速度更快 (图11a)。这是因为系统处理的数据是358字节，但原始数据约为328至339字节。随着原始数据大小的增加，将原始数据上传到智能合同所需的时间将按比例增加。另一方面，通过所提出的系统上传数据不会改变数据上传到智能合同的速率，因为上传到智能合同的数据大小不会改变。

图11. (a) 使用文章设定系统上传不同尺寸数据的速度；(b) 不同尺寸原始数据上传速度。

数据共享速度

测试的最后一项是用户与他人共享数据所花费的时间。数据共享时间包括测定实现数据共享，调用共享数据和读取数据总花费的时间。该实验使用了100个数据，平均数据大小为337字节，结果如图12所示。

图12. 数据共享速度。

结果显示数据共享平均花费3370毫秒，表明上传数据所需时间较长，但是数据读取速度很高。通过上述实验，作者能够确认系统的处理性能，并确认最大影响系统的车辆数据上传速度的部分是将数据上传到智能合同的部分。

小结

本文提出了一种系统使用以太坊区块链和IPFS安全和有效地存储车辆数据，并开发智能合同和DAPP，使用户能够存储和管理其车辆数据。该系统使用将车辆数据加密并将车辆数据的散列值存储在区块链中，以确保数据的安全性和完整性，并且有效地存储和管理具有大数据尺寸的车辆数据。作者对比使用和不使用本文设计系统的数据处理/共享速度发现，使用设定系统可以使得数据上传和共享更快更高效。

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Ye, H.; Park, S. Reliable Vehicle Data Storage Using Blockchain and IPFS. Electronics 2021, 10, 1130.

 Electronics 期刊介绍

主编：Flavio Canavero, Polytechnic University of Turin, Italy

期刊主题涵盖电子科学与应用领域，发表电子器件、微电子与计算机技术、光电子工程、通信工程、信号与信息处理、微波理论与技术、生物电子工程、能源电子及系统等领域的各类文章。

2020 Impact Factor	2.397
2020 CiteScore	2.7
MPT	35
APT	37

*MPT: Median Publication Time; APT: Average Publication Time

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