1.一种基于区块链的无人机无线能量安全交易机制,其特征在于,包括定价机制和共识机制;
所述的定价机制从服务时间和报酬的角度设计能量提供方和能量需求方之间的交易定价;
所述的共识机制基于无人机以及基站进行设计,新交易经过区块链中所有节点的验证并由某一个矿工记录到区块链的过程,从基站中选出21个矿工负责将网络中产生的新交易经过验证链接到区块链主链上,其他未选上矿工的基站和所述的无人机可以成为验证节点,负责验证即将链接上区块链的新区块;
所述的定价机制包括以下步骤:
步骤1.按照市场上“按时收费”的规则确定类型为θi的无人机的合同的内容是(Ti,Ri),Ti是能量提供方为能量需求方提供充电服务的时间,Ri是能量需求方支付给能量提供方的报酬;
步骤2.能量提供方的效益函数表示为获得的报酬减去充电成本,即
其中ci表示能量的单位成本,p表示无线能量发射器的功率,
表示无人机的悬停功率;
能量需求方的效益函数表示为充电量产生的效益减去支付的报酬,即
其中β表示效益系数, 表示能量需求方需要充电的K
个传感器与无人机之间的信道功率增益;
步骤3.在能量提供方的效益函数中,能量的单位成本ci和无人机的悬停功率 是能量提供方的私有信息,能量提供方也不会将这些信息主动提供给能量需求方;则定义无人机的类型为 从式中可以看出单位能量成本越低或者悬停功率越小,无人机的类型越高,其提供充电服务的成本也越低,则无人机的类型有:θ1,…,θi,…,θN,且满足θ1<…<θi<…<θN,能量提供方的效益函数可重写为:步骤4.根据合同理论的设计规则,IR约束表示为: IR约束
保证类型为θi的无人机接受符合自己类型合同(Ti,Ri)时的效益大于零;
IC约束表示为: IC约束保证类型为θi的无人
机接受符合自己类型合同(Ti,Ri)时的效益比接受其他类型的合同的效益大,则能量提供方和能量需求方之间的合同设计可以表示为:s.t.C1:
C2:
C3:0≤R1<…<Ri<…<RN
γi表示类型为θi的无人机出现的概率,C1和C2分别是IR和IC约束,通过数学工具解出这个最优化问题,即可得到N种类型的合同(Ti,Ri)的具体数值。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的无人机无线能量安全交易机制,其特征在于,还包括恶意矿工分类器,其包括三个步骤:行为数据集处理、训练模型和恶意矿工预测;
步骤1.行为数据集表示为:D={x1,x2,…,xi,…,xn},其中每一个示例xi表示某一个矿工的属性,由7个特征组成,分别为币龄值、总交易次数、在线时间长度、加入区块链网络的时间,一恶意行为次数、申请矿工次数、担任矿工次数;所有的特征标记为0和1,其中1表示为恶意矿工;
步骤2.训练恶意矿工分类器,利用步骤一中整理好的数据集作为输入,采用朴素贝叶斯算法作为训练方法,得到恶意矿工分类器;
步骤3.将DAP基站的信息按照标准格式构建成测试样本,利用上述得到的分类器计算测试样本为恶意矿工的概率,如果概率大于50%,则将此DAP判别为恶意矿工。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的无人机无线能量安全交易机制,其特征在于,所述的恶意矿工分类器表示为:其中,P(1)表示为恶意矿工的先验概率, 表示为训练样本中的特征先验概率, 表示恶意矿工中各个特征的概率分布,P(1|x)就是经过贝叶斯分类器计算得到的后验概率,表示为恶意节点的概率大小。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的无人机无线能量安全交易机制,其特征在于,所述的节点包括DAP基站和无人机;
所述的DAP基站是能量需求方的数据收集基站,用于收集并处理传感器发送过来的数据;
所述的无人机是能量提供方提供的,为能量需求方的传感器进行充电。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的无人机无线能量安全交易机制,其特征在于,所述的共识机制包括以下步骤:S1.共识过程,从区块链网络中选出一组候选者,将拥有大币龄的可信DAP节点担任矿工,轮流作为领导者领导其他矿工和验证节点完成共识过程;
S2.验证过程将网络中新产生的交易打包成区块经过验证后链接到区块链主链上的过程,由网络中担任矿工的DAP节点执行区块打包任务以及验证节点执行验证任务;
S3.进行结算,在所有共识过程及验证过程结束后,将这一轮挖矿所得的收益分配给矿工以及参与工作的节点。
6.根据权利要求4所述的基于区块链的无人机无线能量安全交易机制,其特征在于,所述的共识机制的具体步骤如下:S11.加入区块链网络,无人机和DAP基站初次加入区块链网络都需要进行身份验证,以证实是真实存在的无人机或者DAP基站实体,通过身份验证之后,无人机和DAP基站会获得相应的公钥、私钥以及证书用于加密、解密、签名和身份证明;
S12.申请候选者,申请候选者的DAP基站需要将一笔资金存储到公众监督下的账户中,这笔资金数目乘以存放的时间就是该DAP基站拥有的币龄;如果DAP基站在执行共识过程中存在不良行为,这笔资金就会被没收;其次,申请候选者的DAP基站需要进行恶意矿工分类器的预测过程,通过预测过程的DAP基站才能成为候选者;
S13.按照候选者的币龄从大到小进行排序,选取排在前面X个候选者作为新一轮挖矿过程中的矿工,其他没有选上的DAP候选者和无人机可以选择作为验证过程中验证节点;在新一轮共识过程中,X个矿工轮流作为领导者,领导其他验证者完成一次验证过程;
S14.没有选上矿工的DAP和所有无人机都有权成为新一轮挖矿过程中的验证节点,在验证过程中验证和审计新区块的所有交易;成为验证节点的要求是DAP或者无人机为X个矿工中的一个交纳定额保证金,若被担保的矿工在担任领导者时导致新区块上链失败或者存在恶意行为,保证金将会被没收;
S21.收集区块链网络新产生的交易,将交易费最大的Y个交易打包成区块,区块由区块头和区块体组成,区块头包括上一区块的哈希值、版本号、领导者证书、时间戳、Merkle根、目标哈希信息,区块体包括Y个普通交易和一个原始交易,原始交易将这一次共识过程得到的奖励转入奖励分配智能合约的账户下,在X轮共识过程结束后奖励分配智能合约将这笔钱分给X位矿工以及参与验证工作的节点,普通交易是能量需求方和能量提供方之间的交易;
S22.领导者将区块发送给其他X‑1个矿工以及参与的验证节点,其他X‑1个矿工和验证节点收到区块后进行验证,验证领导者的身份、原始交易以及普通交易,并将验证结果反馈给矿工;
S23.若超过一半的验证者通过,矿工将新区块链接到区块链上,否则,此领导者挖矿失败;
S3.N轮共识过程结束之后,担任矿工的DAP基站没有出现恶意行为,允许其收回存储在公众监督账户的资金,其拥有的币龄清空为零,为此矿工担保的验证节点也可以收回保证金;否则,担任矿工的DAP基站存储的资金和验证节点的保证金被没收;将这一轮挖矿得到的奖励按比例转入X位矿工以和参与验证工作的节点。