本发明涉及网络空间安全技术领域，具体涉及一种基于区块链技术的无钥共享汽车系统及其建设方法。
背景技术：
现如今，有效管理交通资产的使用是现代化城市面临的最大挑战之一，解决这一问题的一种方法是使用共享经济模式，通过更好地利用现有的汽车来减少汽车数量。值得注意的是，一辆汽车的平均时间利用率是5％，因此鼓励用户与他人分享他们的汽车可以帮助减少城市汽车数量。这可以通过无钥匙启动汽车共享系统实现。用户可以在城市的某个地方租用车主提供的汽车，通过接受数字钥匙获得汽车的使用权，并根据行驶的时间和路程支付费用。与传统的汽车租赁公司相比，无钥匙启动汽车共享系统可以为偶尔需要汽车的用户提供相对便宜以及更加灵活的选择。
然而目前的无钥匙启动汽车共享系统都存在着以下缺陷，安全性：传统智能网联汽车处在飞速发展阶段，基于无物理钥匙车辆越来越多，针对数字钥匙的安全性管理还存在很大的安全隐患；隐私性：传统的无钥汽车由于实时与厂商(或者服务提供商)进行交互，存在很大的隐私泄露问题(身份隐私、位置隐私)；可用性：传统的无钥匙启动汽车共享系统基于中心化服务，存在单点故障问题，一旦共享系统发生不可抗拒的故障则会导致服务不可用，整个系统的车辆将无法驾驶。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于区块链技术的无钥共享汽车系统，所述系统使得车主和租车者无需第三方平台便能够进行直接交易，已授权的用户无需物理密钥即可使用汽车，有效减少了用户的交易成本，而且用户数据通过区块链层以加密方式存储，确保了数据的机密性、不可篡改性以及可追溯性，保护了用户的隐私安全。
本发明的另一目的在于提供一种基于区块链技术的无钥共享汽车系统的建设方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种基于区块链技术的无钥共享汽车系统，所述系统包括应用层、区块链层、数据存储层和物理层；
所述应用层包括用户管理模块、汽车管理模块和订单管理模块，分别用于管理用户信息、汽车信息和订单信息；
所述区块链层由若干相连接的区块组成，其中包括智能合约模板，用于执行用户信息注册以及订单合同条款；
所述数据存储层用于存储用户信息、汽车信息和订单信息，其中所述三种信息原始数据的哈希值和存储位置由区块链层进行存储；
所述物理层包括移动终端和汽车终端，用户通过移动终端发送开锁请求，汽车终端包括车联网系统和汽车智能锁，汽车智能锁用于解锁，车联网系统用于行车数据的记录与上传。
进一步的，所述用户管理模块用于管理用户信息，包括保存用户个人信息和用户私钥，查看用户信誉值，通过非对称加密算法生成公钥，保存公钥散列值作为用户标识，并向用户提供用户注册合约接口；所述汽车管理模块，用于管理汽车信息，包括保存所拥有车辆基本信息以及向用户提供汽车绑定合约接口；所述订单管理模块用于订单管理，包括查看、发布、接收、取消订单，保存个人历史订单，并向用户提供订单合约接口。
进一步地，所述智能合约模板包括用户注册合约、汽车绑定合约、用户信誉合约以及订单合约；其中所述用户注册合约包括用户个人信息和用户标识；汽车绑定合约用于关联用户与其所有汽车，包括车辆所有权协议、汽车基本信息以及所属用户标识；所述用户信誉合约包括用户信誉值，用户信誉值会在用户发布订单中公开，作为参考条件，其中定期还车、未破坏车辆能够增加用户信誉值，未定期还车、破坏车辆会减少用户信誉值；所述订单合约用于无钥共享汽车租用订单的发布与接受，包括发起人信誉值、订单金额、汽车租用时间、汽车租用地点、汽车型号和订单状态，租用者发布租车请求订单后，订单金额通过所述区块链层的第三方平台进行锁定，其中订单金额包括订单租金和订单押金，直至订单时限才进行解锁，在订单有效时间内，若有车主匹配订单，则通过订单合约将订单金额转入车主账户并声明赋予租车者车辆使用权，汽车租用时间到达后收回车辆使用权。
进一步地，所述用户信息、汽车信息和订单信息采用公钥加密算法加密后存储在数据存储层，将其摘要数据保存在区块链层，摘要数据包括原数据信息的哈希值和存储位置。
进一步地，所述物理层包括移动终端和汽车终端，用户通过移动终端发送开锁请求，汽车终端包括车联网系统和汽车智能锁，汽车智能锁接收用车开锁请求，通过车联网系统访问区块链层，检验智能合约决定是否开锁，车联网系统同时用于行车数据的记录与上传。
本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：
一种基于区块链技术的无钥共享汽车系统的建设方法，所述方法包括以下步骤：
车主和租用者在应用层基于智能合约完成个人信息注册，车主还需绑定其所有汽车，应用层将编译后的智能合约发送至区块链层，区块链层各节点对智能合约进行确认，完成后将用户信息、汽车信息通过加密的方式存储在数据存储层，并在区块链层存储其哈希值和存储位置；
用户根据智能合约发布订单，订单内容包括订单金额、汽车租用时间、用车地点、汽车型号，订单金额包括订单租金和订单押金，通过所述区块链层的第三方平台进行锁定，直至订单时限才进行解锁，在订单有效时间内，若有车主匹配订单，则通过智能合约赋予租用者车辆使用权；
租用者获得车辆使用权后，利用移动终端发送开锁请求，开锁请求包括租用者用户标识和开锁汽车标识，汽车智能锁通过蓝牙或流量方式接收开锁请求，通过车联网系统访问区块链层的智能合约，检验到该租用者具有汽车使用权，则开锁；
租用者驾驶汽车过程中，车联网系统实时上传行车数据，信息通过加密的方式存储在数据存储层，用户能够使用移动终端实时查看；
到达汽车租用时间后，智能合约查看汽车状态，若汽车处于停止状态则自动撤回租用者的汽车使用权，并将订单金额转入车主账户；若汽车处于行驶状态，则暂时不撤销租用者的汽车使用权，并从订单押金中扣除相应金额，直至租用者停止使用汽车；
订单履行完成后，用户信誉合约将更新用户信誉值，其中定期还车、未破坏车辆能够增加用户信誉值，未定期还车、破坏车辆会减少用户信誉值。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明所述基于区块链技术的无钥共享汽车系统使得车主与租车者通过智能合约自动完成订单的发布与接收，无需第三方参与，降低了交易成本；同时，共享汽车自身校验汽车使用权，用户无需物理密钥即可使用，减少了复杂处理流程；另外，所述系统基于区块链网络，无需中心化数据库，避免了单点故障；而且隐私数据通过加密方式保存在数据存储层中，并在区块链层存储其哈希值，确保了数据的机密性与完整性。
附图说明
图1为本发明实施例基于区块链技术的无钥共享汽车系统的层级架构图。
图2为本发明实施例基于区块链技术的无钥共享汽车系统的物理层实体图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例提供了一种基于区块链技术的无钥共享汽车系统，所述系统的层级架构图如图1所示，包括应用层、区块链层、数据存储层和物理层；
所述应用层包括用户管理模块、汽车管理模块和订单管理模块，分别用于管理用户信息、汽车信息和订单信息；在应用层中，用户能够编辑或查看用户信息，包括用户个人基本信息、用户私钥，生成用户标识，其中通过椭圆曲线加密算法生成公钥，将公钥散列值作为用户标识；能够管理和查看汽车信息，包括所拥有汽车信息、所租用汽车信息以及行车数据；能够编辑和查看订单，包括订单要求和订单状态。
所述区块链层由若干相连接的区块组成，其中包括智能合约模板，用于执行用户信息注册以及订单合同条款；区块链层属于中间层，可以选取任何一个支持智能合平台作为区块链平台。例如将以太坊作为区块链平台，以太坊可以建立和发布新一代的分布式应用平台，支持通过编程的方式写入智能合约，应用层将经过编译后的智能合约发送到区块链层，节点对智能合约有效性进行确认，确认通过则写入区块链数据层，元数据信息被写入区块链层，详细数据被写入到下层的数据存储层，区块链层基于以太坊平台提供的共识机制来保证所有节点所存储信息的一致性。
所述数据存储层用于存储用户信息、汽车信息和订单信息，其中所述三种信息原始数据的哈希值和存储位置由区块链层进行存储；所述用户信息、汽车信息和订单信息采用公钥加密算法加密后存储在数据存储层，将其摘要数据保存在区块链层，摘要数据包括原数据信息的哈希值和存储位置。
所述物理层实体图如图2所示，包括移动终端和汽车终端，用户通过移动终端发送开锁请求，查看行车数据；汽车终端包括车联网系统和汽车智能锁，用于接收并响应开锁请求，记录并上传行车数据。具体地，用户通过移动终端发送开锁请求，汽车智能锁接收用车开锁请求，通过车联网系统访问区块链层，检验智能合约决定是否开锁，车联网系统同时用于行车数据的记录与上传。
所述智能合约模板包括用户注册合约、汽车绑定合约、用户信誉合约以及订单合约；其中所述用户注册合约包括用户个人信息(可选择性是否公开个人信息)和用户标识，用户标识为用户公钥散列值；汽车绑定合约用于关联用户与其所有汽车，包括车辆所有权协议、汽车基本信息以及所属用户标识；所述用户信誉合约包括用户信誉值，用户信誉值会在用户发布订单中公开，作为参考条件，其中定期还车、未破坏车辆能够增加用户信誉值，未定期还车、破坏车辆会减少用户信誉值；所述订单合约用于无钥共享汽车租用订单的发布与接受，包括发起人信誉值、订单金额、汽车租用时间、汽车租用地点、汽车型号和订单状态，租用者发布租车请求订单后，订单金额通过所述区块链层的第三方平台进行锁定，其中订单金额包括订单租金和订单押金，直至订单时限才进行解锁，在订单有效时间内，若有车主匹配订单，则通过订单合约将订单金额转入车主账户并声明赋予租车者车辆使用权，汽车租用时间到达后收回车辆使用权。
上述基于区块链技术的无钥共享汽车系统的建设方法包括以下步骤：
车主和租用者在应用层基于智能合约完成个人信息注册，车主还需绑定其所有汽车，应用层将编译后的智能合约发送至区块链层，区块链层各节点对智能合约进行确认，完成后将用户信息、汽车信息通过加密的方式存储在数据存储层，并在区块链层存储其哈希值和存储位置；
用户根据智能合约发布订单，订单内容包括订单金额、汽车租用时间、用车地点、汽车型号，订单金额包括订单租金和订单押金，通过所述区块链层的第三方平台进行锁定，直至订单时限才进行解锁，在订单有效时间内，若有车主匹配订单，则通过智能合约赋予租用者车辆使用权；
租用者获得车辆使用权后，利用移动终端发送开锁请求，开锁请求包括租用者用户标识和开锁汽车标识，汽车智能锁通过蓝牙或流量方式接收开锁请求，通过车联网系统访问区块链层的智能合约，检验到该租用者具有汽车使用权，则开锁；
租用者驾驶汽车过程中，车联网系统实时上传行车数据，信息通过加密的方式存储在数据存储层，用户能够使用移动终端实时查看；
到达汽车租用时间后，智能合约查看汽车状态，若汽车处于停止状态则自动撤回租用者的汽车使用权，并将订单金额转入车主账户；若汽车处于行驶状态，则暂时不撤销租用者的汽车使用权，并从订单押金中扣除相应金额，直至租用者停止使用汽车；
订单履行完成后，用户信誉合约将更新用户信誉值，其中定期还车、未破坏车辆能够增加用户信誉值，未定期还车、破坏车辆会减少用户信誉值。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。