面向自动驾驶全链条测试数据交易的区块链确权方法.pdf
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1、2023No.287上读么路SHANGHAHWAYS智能交通面向自动驾驶全链条测试数据交易的区块链确权方法郭新宇,涂辉招,遇泽洋,孙立军(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海2 0 1 8 0 4)摘要:自动驾驶全链条测试过程中产生的海量测试数据,可通过交易释放其潜在的价值。但因测试数据来源多样等原因,导致数据责权不清,造成交易难以安全开展。现提出基于区块链的测试数据确权方法,利用“元数据+云存储”方案,实现测试数据在区块链上的存储与访问,并在综合考虑测试数据生产者、数据平台和数据消费者三方参与的情况下,设计测试数据在区块链系统中实现确权和交易的流程。测试数据的确权和交易过程被记录在区
2、块链上,保障了确权过程和交易过程的公开可审计性和可追溯性,具有公平交易、去中心化等优势。关键词:自动驾驶全链条测试;数据确权;区块链;数据交易0引言自动驾驶技术是我国和世界发达国家抢占的科技制高点。全球各国纷纷开展大规模的自动驾驶全链条测试,包括实验室仿真测试、封闭场测试、开放道路测试和公共道路测试四个环节。在数据作为第五大生产要素的大背景下,测试过程中产生的海量数据,巫需释放其高额的潜在价值。然而,由于全链条测试存在多测试主体、多测试环节、多部门协同、来源多样化等特征,导致测试数据存在责权不清等现象,进而迟滞了数据的共享、开放和交易。因此,全链条测试数据的权属确定迫在眉睫数据确权是指确定数据
3、的权利方,包括对数据的资源所有权、加工使用权和产品经营权 2 ,同时也需要对数据安全负有保护责任。传统的数据确权方式依赖于中心化的大数据交易所或引人第三方机构 3 ,通过“提交权属证据、权限审核”的方式实施。由数据拥有者提交权属证明,然后大数据交易所组织专家评审并公布结果。但这样中心化的方案具有明显的缺陷,包括评审过程的主观性,专家评审模式的利益相关风险,权属评审结果缺乏永久保存机制,以及确权效率低下等问题 4 区块链(Blockchain)是一种链式存储结构的去中收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 3基金项目:上海市科委重点课题(2 2 dz1203400)、中央高校基本科研业务费专项资金
4、资助(2 0 2 2-5-YB-07)心化数据库解决方案 5 ,可以有效降低传统存储结构的存储成本,提高效率,为数据确权提供了新的思路。区块链具有去中心化、交易透明、可追溯和不可篡改的四大特征 6 ,能够很好地解决传统数据确权过程中可能存在的问题。通过区块链去中心化和分布式记账等特点,可以有效保证存储的数据不被随意篡改,保障确权数据的真实性和原始性;通过区块链可追溯的特性,则可以实现链上交易过程中的快速追责。王帅宇等 7 设计了一种基于区块链技术的大数据确权方法及系统,但该方法未涉及对大数据源头的确认。夏俊杰等 8 设计了一种基于区块链的测试数据保护与交易平台,实现了数据权属的有效确认。王海龙
5、等 9 基于数字水印技术和区块链技术,分离大数据完整性审计和水印生成的职责,实现对大数据完整性的轻量级升级,以及对大数据起源的确认。Gong等 1 0 根据区块链的可追溯性和不可篡改性,提出了个人健康数据来源验证模型,并利用智能合约,保障数据确权。区块链技术在数据确权方面虽然具有较好的适用性,但利用区块链技术对自动驾驶全链条测试数据进行数据确权的研究仍有待深人。本文面向自动驾驶全链条测试数据,搭建确权交易的区块链架构,利用“元数据+云存储”的数据存储方案,设计测试数据链上存储的元数据内容,实现测试数据在区块链中的存储与访问,最后综合考虑测试数据生产者、数据平台和数据88No.22023上涵么路
6、智能交通SHANGHAI HIGHWAYS-消费者三方,设计测试数据在区块链系统中进行确权和交易的具体流程1方案设计1.1区块链架构设计面向自动驾驶全链条测试数据确权交易的区块链架构建议如图1 所示,包含应用层、合约层、共识层、网络层、数据层、存储层6 个层级。架构中,各层的主要功能如下。(1)应用层:实现自动驾驶全链条测试数据确权与交易的操作和相应功能,具体的流程在1.3 小节进行详细介绍。应用层数据资源数据资产数据切分存储数据生产者数据资源采集数据确权请求数据资产确认(链下)身份价证通过成本信息提供区块链资产评估请求数据区块生成Hash校验链上数探记录所有权登记身份物证道过数据平台质量评估
7、价值评估数据生产奢交易授权收益分配数据嘴求数婚消费者认购买策路数据获款暂超合约所有权登记区块链交易处理请求数据处理请求数据区快生成Hash校验链上数据记来使用权登记索引关系更新经营权登记穿份验证通边身好检证通边数据检索数据定价各环节数据提取加工全链条数据链下数据平台质盟价值信息检索全链条数捆构递质策价值记录数招存销身份交易收益交易权属合约层权属范围验证规则分配规则变更规则共识层NPOS机制区块链网络网络层区块区块区块区块数据层数据资产特征信息数字签名哈希加密存储层链下云端存储图1 自动驾驶全链条测试数据确权与交易的区块链架构(2)合约层:对于数据确权,主要包括身份验证规则:数据权利主体需要进行
8、身份注册,通过身份验证规则后,进行确权请求访问。对于数据交易,主要包括交易收益分配规则;服务于多所有权主体数据交易后各主体间的利益分配;交易权属变更规则;服务于测试数据交易后,相关权属的记录。合约层各类规则的实现,依赖于区块链智能合约技术,即部署在区块链网络上的传统合同的数字化版本。当协议条款的执行条件被满足时,数字化合同将被自动执行。(3)共识层:共识层主要封装网络节点和各类共识算法,以验证待确权的测试数据对应的区块是否合法,即是否符合上链的共识要求。若通过共识验证,则可将区块打包人链。对于自动驾驶全链条测试数据,核心是需要校验链下云端存储数据的哈希值和区块体中No.2202389上么路SH
9、ANGHAIHIGHWAYS智能交通数据的哈希值是否一致,以保证确权对象和链上权属记录的匹配一致性。(4)网络层:网络层为相应的区块链P2P网络,由一个个网络节点前后连接而成。当新的区块产生后,其他节点均会收到通知,并验证新的区块是否合法。(5)数据层:数据层主要记录区块中的测试数据信息,具体内容在1.2 小节进行详细介绍。(6)存储层:完整的测试数据内容将存储在链下云端,其元数据等信息存储在链上区块中,以提高区块链归纳验证的效率。1.2数据层设计1.2.1数据层结构面向自动驾驶全链条测试数据确权交易的区块链数据层结构如图2 所示。版本号区块高度区块头父区块哈希值时间戳默克尔根前一区块区块体后
10、一区块总哈希值元数据哈希值数据哈希值交易哈希值基本信息测试信息质量价值权属信息交易交易交易12n链下存储子数据集子数据集2子数据集n图2 自动驾驶全链条测试数据确权与交易的区块链数据层结构区块头包括版本号、区块高度、父区块哈希值、时间戳、区块体的默克尔根五个部分。其中版本(Ver-sion)记录跟踪协议更新的版本号;区块高度表示目标区块在区块链中的位置;父区块哈希(PreviousBlockHash)记录链中前序(父)区块的哈希值;时间戳(TimeStamp)记录本区块的创建时间,通常采用Unix时间戳格式;默克尔根(MerkleRoot)记录区块体中所有信息默克尔树的总哈希值。区块体共包含三
11、部分信息。首先是区块元数据,包含数据基本信息、测试信息、质量价值信息、权属信息。其次是待确权测试数据。基于驾驶模式加权信息熵方法,将待确权测试数据集切分成若干信息量为1bit的子数据集,便于数据交易环节的数据平台按需提取指定信息量的数据。这样设计,可提高数据的下载效率。如果某子数据集在传输过程中损坏,只需要重新下载该子数据集,不需要下载完整数据集。最后是交易信息,记录该测试数据的历史交易情况。用所有区块体的信息构建默克尔树,以二叉树的形式,将每个最底层信息基于哈希加密算法,生成哈希值,每两个哈希值继续加密,生成高一层级的哈希值,最终生成总哈希值,即为区块体的默克尔根1.2.2数据存储方案设计对
12、于待确权的自动驾驶全链条测试数据,数据集占用的存储空间较大。如果把所有测试数据都保存在区块体中,会使得区块体存储信息过多,从而导致区块链归纳验证效率低下。因此,采取“元数据+云存储”的方案 来解决上述问题,即将自动驾驶全链条测试数据保存在链下云端,仅将测试数据的元数据保存在区块体中,存储在链上。用户可通过访问元数据来获取测试数据的各类信息元数据是描述数据属性的数据,用来记录测试数据的各类关键信息,从而支持数据的记录和查找。本文结2023No.290上语么路智能交通SHANGHAIHIGHWAYS-合自动驾驶全链条测试数据的基本特点,以及现有区块链数据确权方案元数据的研究成果,设计了自动驾驶全链
13、条测试数据的元数据内容,如表1 所示。共包含基本信息、测试信息、质量价值信息、权属信息四类。基本信息中,唯一标识是测试数据的身份标识号,如URI(统一资源标识符)、URL(统一资源定位符)、DoI(数字对象标识符)、ISBN(国际标准书号)ISSN(国际标准刊号)等。数据种类主要指是否为结构化数据。表1 自动驾驶全链条测试数据元数据基本信息测试信息Identifier唯一标识TestChain测试环节Title数据名称VehicleType包含车型Type数据种类TestSite测试场地Subject数据主题描述Simulationlnfo仿真算法及参数Description数据内容描述AVR
14、ate自动驾驶模式比例Date数据产生时间Disengagement避险脱离率质量、价值信息权属信息CollectionCost数据采集成本Ownership数据持有权所属方InfoEntropy信息量UseRights加工使用权所属方Value数据价值OperateRights产品经营权所属方Quality数据质量Storage数据存储位置Risk场景风险度Version版本号Authenticity场景真实性Transaction历史交易情况Pravicy隐私等级Relation与其他资源的索引关系测试信息中,测试环节包括仿真测试、封闭场地测试、开放道路测试和示范应用。若为多环节或全链条测
15、试数据,需要记录所涉及的所有测试环节,包含车型、测试场地(仅封闭场地)、开放道路测试及示范运营数据或全链条测试数据需要填写,仿真算法及参数(仅仿真测试数据)或全链条测试数据需要记录。质量、价值信息中,信息量基于驾驶模式加权信息熵方法进行评估;数据质量视单环节或全链条的情况,整合质量模型进行评估;场景真实性采用基于JS散度的场景真实性模型进行评价。权属信息中,数据持有权所属方记录测试数据的采集主体;加工使用权所属方记录测试数据的使用主体;产品经营权所属方记录测试数据的经营主体;数据存储位置记录链下数据的服务器以及访问地址;历史交易情况记录测试数据所有的交易信息;与其他资源的索引关系记录交易环节根
16、据数据消费者的需求定制数据的过程中,所用到的前置测试数据信息数据层包含表1 中的四类核心信息、链下存储数据信息、交易信息,以及三类底层信息。基于哈希加密算法,生成相应的哈希值,然后构造默克尔树,将所有哈希值集结成为默克尔根。此外,还包括时间戳、版本号、父区块哈希等区块链基本信息1.3应用层设计1.3.1数据确权流程设计基于区块链的自动驾驶全链条测试数据确权流程如图3 所示。数据资源数据资产数据切分存储数据生产者数据资源采集数据确权请求(链下)数据资产确认身份验证通过成本信息提供区块链资产评估请求数据区块生成Hash校验链上数据记录所有权登记身份验证通过数据平台质量评估价值评估图3 基于区块链的
17、自动驾驶全链条测试测试数据确权流程No.2202391上海么路SHANGHAIHIGHWAYS智能交通确权过程基于区块链系统实现,其中包括数据生产者、数据平台两个主体。数据生产者为测试数据的权利主体,负责数据资源的采集、切分、存储,以及基本信息、测试信息、数据信息的提供。数据平台为测试数据的评估主体,负责测试数据的质量价值评估。整体流程如下。(1)数据资源采集存储:车企等数据生产者采集自动驾驶测试数据资源,在区块链系统发起数据确权请求,并将完整的数据资源按1 bit信息量切分后,存储在链下云端。(2)测试数据质量价值评估:区块链系统收到数据确权请求后,自动向数据平台发起资产评估请求。数据平台通
18、过身份验证后,对数据资源进行质量评估,并结合数据生产者提供的成本信息以及平台过往交易经验来确定各类价值参数,进而开展价值评估。(3)区块生成、校验人链:基于数据生产者提供的基本信息、测试信息、数据信息,以及数据平台提供的质量价值信息,利用哈希加密算法和默克尔树,生成待确权测试数据对应的数据区块,并对数据区块开展校验,以检验链下数据哈希值和区块中数据哈希值的一致性等,确保链下数据和链上区块记录的对应关系。通过验证后的区块完成上链,实现所有权的登记。(4)测试数据确认:经过上述步骤后,数据资源记录了相应的质量、价值、权属信息。数据生产者对确权后的测试数据进行了确认和统计。1.3.2数据交易流程设计
19、基于区块链的自动驾驶全链条测试数据交易流程如图4 所示。数据生产者交易授权收益分配数据需求确认购买策略数据消费者数据获取测试要求质量价值各环节购买赢智能合约所有权登记区块链交易处理请求数据处理请求数据区块生成Hash校验链上数据记录使用权登记索引关系更新经营权登记身份验证通过身份验证通过数据检索数据定价各环节数据提取加工全链条数据链下数据平台质量价值信息检索质服价值消费者属性全链条数据构造质量价值记录数据存储图4 基于区块链的自动驾驶全链条测试测试数据交易流程交易过程同样基于区块链系统实现,包括数据生产者、数据平台、数据消费者三个主体,整体流程如下。(1)数据交易发起:数据消费者从数据生产者获
20、得交易授权后,在区块链系统中发起交易请求,提出数据需求,包括对测试环节、各类测试参数的要求,以及质量、价值要求等。(2)数据交易策略制定:数据平台通过身份验证后,基于数据消费者提出的要求,在区块链系统中进行数据检索,并基于确权流程中测试数据所记录的价值、质量信息和相关参数,结合消费者属性,进行数据定价。然后,数据消费者确定购买策略,以信息量为单位,确定各测试环节的数据购买量。(3)数据加工及全链条构造:根据数据消费者对各测试环节数据的需求,数据平台通过身份验证后提取、加工各环节测试数据。如果数据消费者的需求为多环节或全链条测试数据,数据平台需要按需进行数据融合,提供正确的数据内容。(4)交易数
21、据确权:将新生成的待交易数据存储在链下云端,并在区块链系统中进行信息记录,生成数据区块,经过哈希校验后上链,记录相应的所有权、使用权和经营权。为防止交易后数据的二次交易,所有权属于全链条数据涉及到的全部数据所有者,使用权属于数据消费者,经营权属于数据交易平台。最终实现区块链上的权属记录,并对索引关系进行更新。(5)收益分配:基于智能合约,根据所有数据权利主体、数据平台之间已协商的分配规则,对数据交易的收益进行分配,完成数据交易。2分析与讨论本文提出了面向自动驾驶全链条测试数据的区块链确权交易方法,包括区块链架构设计、测试数据存储方案设计、测试数据确权流程和交易流程。在区块链92No.22023
22、上语么路智能交通SHANGHAI HIGHWAYS架构设计中,考虑应用层、合约层、共识层、网络层、数据层、存储层六个层级,以满足自动驾驶全链条测试数据确权和交易的相关要求,保证链上数据权属信息的不可篡改,链下数据和链上对应区块的一一对应,以及数据访问的安全可控。在测试数据存储方案设计中,对区块体中的存储内容进行了详细设计,包括测试数据元数据信息、待确权数据、以及交易信息三类。对于待确权数据,为了提升区块链系统归纳验证的效率,采取“元数据+云存储”的方案,将完整数据存储在链下云端,相应的元数据存在区块中。具体包括基本信息、测试信息、质量价值信息、权属信息自动驾驶全链条测试数据确权和交易流程考虑了
23、数据生产者、数据平台和区块链系统,以及各主体间的交互过程。确权流程包括数据资源采集存储、测试数据质量价值评估、区块生成和校验入链、测试数据确认四个主要环节,记录了数据资源的权属和价值。交易流程包括数据交易发起、交易策略制定、数据加工及全链条构造、交易数据确权、收益分配五个主要环节,实现了数据流通,从而实现自动驾驶全链条测试数据的公平交易。3结语本文面向自动驾驶全链条测试海量数据的价值释放需求,提出了基于区块链技术的数据确权交易方法,利用“元数据+云存储”方案,实现测试数据在区块链上的存储与访问。在综合考虑测试数据生产者、数据平台和数据消费者三方参与的情况下,设计测试数据在区块链系统中实现确权和
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