李军 李姗姗 陈曙光
阜阳师范大学 物理与电子工程学院， 阜阳236037
摘 要：区块链是一种新型分布式账本数据库，其具有分布式存储、不可篡改、可溯源、去中心化等显著特征。重卡的胎压、轴温是重卡行驶安全至关重要的因素，路谱数据的采集可以有效帮助企业在重卡生产上进行安全升级。胎压、轴温、路谱数据增长迅速，格式多变。传统集中式数据存储方案在存储诸类数据时存在瓶颈性问题且数据安全存在极大风险。为解决该问题，结合存储数据不可更改，本文利用区块链先进技术对重卡行驶安全数据进行分布式存储，从而解决重卡行驶过程中实时数据存储性能瓶颈及数据安全问题。
关键词：区块链；分布式数据存储；重卡
0 引言
随着汽车行业的快速发展，人们生活越来越离不开汽车，同时由汽车产生的悲剧也在逐渐增加，我国重卡货车交通事故形势更是异常严峻。据统计，我国汽车由爆胎问题引起的交通事故约占30%，约20%的重卡交通事故由重卡爆胎引起[1]。由此可见准确实时对重卡胎压、轴温等数据采集、处理、存储显得尤为重要。
互联网数据量增长迅速，数据结构差异巨大[2]。我国重卡胎压、轴温、路谱数据等行驶数据监测处于初步阶段，数据存储质量不高、开放性不强、存储数据库规模扩展灵活度不够、数据可人为更改等性能瓶颈十分突出；传统中心化系统数据丢失、个人隐私泄漏等问题严重。本文利用区块链分布式数据存储技术，将区块链技术与分布式数据存储技术相结合，充分发挥区块链的显著特征[3]。
区块链是继互联网之后又一新的信息化革命，中共中央政治局2019年就区块链技术进行集体学习，习近平总书记强调要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口[4]。
1 区块链概述
区块链是一种记录交易信息的分布式存储数据库[5]，是集点对点传输、密码学、共识机制等先进技术于一身的新型应用模式，具有不可篡改、去中心化、开放性等特征[6]。
1.1区块链的特征
区块链以其先进的技术形式，具有去中心去信任、不可篡改等鲜明特点。
（1）去中心去信任：全部节点组成一个点对点的网络，数据存储在每一个节点中，无中心化数据库，节点间通过数字签名[7]进行交流，按特定的规则进行数据传输，无须相互信任。
（2）不可篡改：区块链数据存储在每个节点中，单独更改任一或者几个节点的数据对全网数据并无什么影响，只有控制全网51%的节点才能成功更改区块链上的数据，但由于全网节点较多，控制51%的节点几乎不可能。
1.2区块链的分类
根据节点存在范围不同，区块链具有公有链、私有链和联盟链之分。
（1）公有链：对全网公开，任一节点都可加入，全网数据公开，无中心服务器，高度去中心化。
（2）私有链：建立在单个企业或机构内部，为企业或机构所特有，保留着部分去中心化的特性。
（3）联盟链：由多个企业或机构共同发起，具有部分去中心化的特性。
1.3密码学算法
（1）哈希算法
哈希算法是将数据分割重新组合，其具有单向性，只能由输入数据计算出定长的哈希值，而不能根据该哈希值反向推算输入的数据。
（2）Merkle树
Merkle树是一种数据编码结构，其可以快速定位每笔交易。交易信息在存储结构上是线性存储，如果遍历查询则效率低下，通过二叉树可快速定位到交易信息。
2 分布式存储系统设计
2.1系统整体架构
基于区块链的分布式存储系统结合加密算法、共识机制、数据公平存储协议等，实现了数据高质量存储、存储数据库扩展灵活、存储网络安全、点对点节点公平自制性[8]。基于区块链的分布式存储系统分为五个层次，分别为数据层、传输层、存储层、协议层、应用层。
（1）数据层：是对胎压、轴温、路谱数据的记录，利用固定于重卡轮胎内的微型传感器采集重卡轮胎、轴温数据，路谱数据是利用固定重卡轮底部的微型传感器，采集在行车状态下重卡的振动频率数据。
（2）传输层：针对采集端采集的胎温胎压、轴温等重卡行驶安全实时数据通过点对点准确传输，支持多点同时传输。点对点传输保证了数据传输的质量，以及数据准确可靠性。
（3）存储层：基于区块链分布式存储是利用开源区块链2.0——以太坊将数据存储在联盟链中。存储层在运行过程中提供一个弱中心化的信息管理，数据信息存储在p2p网络中时会通过Merkle树进行上链，上链的信息分布式存储在各个节点中，从而保证了数据的安全可靠、不可更改、扩展存储灵活方便。
（4）协议层：包括共识机制和文件管理的安全算法，保证文件的可靠性和一致性。以太坊目前所处阶段——“家园（Homestead）”，其使用的是工作量证明共识机制（POW），通过计算出随机数的值，从而获得记账权。
（5）应用层：记录到分布式中的数据信息经分析处理可以通过区块链监管平台进行监督管理，路谱数据的分析处理能极大促进重卡行驶安全全面升级。
2.2分布式存储
重卡行驶数据通过终端采集再经过数据传输存储在区块链中，分布式存储将区块链存储在各个节点中，其中全节点存储所有采集数据，各节点间相互独立，通过匿名方式进行交流[9]。
3 结论
本文阐述了一种基于区块链分布式的重卡行驶安全数据存储系统，与传统重卡胎温胎压、轴温、路谱数据存储相比较，借助区块链去中心化特性，保证数据安全可靠，防止数据被更改。依据分布式存储的特点，实现数据高质量存储，提高数据开放性，同时增加了数据库扩展灵活度。本文有效解决传统重卡中心化数据存储带来的弊端，为重卡进一步发展提供良好的理论基础。
参考文献
[1]秦露,顾明.车辆轮胎压力监测系统研究[J].仪表技术,2020(3):43-45.
[2]李天骄,褚金忠.大数据时代背景下计算机信息处理技术分析[J].大众标准化,2020(14):77-78.
[3]徐福燕.基于区块链技术的数据存储安全研究与应用[J].科技传播,2020(8):126-127+138.
[4]新华社．〔www.gov.cn〕．新闻,2019-10-25.
[5]Nakamoto S. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system.2008. Consulted, 2008. https://bitcoin.org/en/bitcoin-paper.
[6]姚浩男,卢清华,张卫山,等.基于区块链的数据管理设计模式[J].计算机系统应用,2020,29(7):12-23.
[7]邹均,张海宁,唐屹,等.区块链技术指南[M].北京:机械工业出版社,2016:153.
[8]陈志凌.基于区块链的分布式存储系统的设计与实现[D].广州:华南理工大学,2019.
[9]刘家稷,杨挺,汪文勇.使用双区块链的防伪溯源系统[J].信息安全学报,2018,3(3):17-29.
通讯作者：陈曙光