前言
区块链技术通过建立一个共同维护且不可篡改的数据库来记录过去的所有交易记录和历史数据，所有的数据都是分布式存储且公开透明的。区块链可以为大多数车联网应用场景提供创新的解决方案。区块链与车联网的融合不仅提高了安全性、隐私性和信任度，还增强了系统性能和自动化程度。
区块链简介
区块链的英文是Blockchain，字面意思就是（交易数据）块（Block）的链（Chain）。区块链技术通过建立一个共同维护且不可被篡改的数据库来记录过去的所有交易记录和历史数据，所有的数据都是分布式存储且公开透明的。在这种技术下，任何互不相识的网络用户都可以通过合约、点对点记账、数字加密等方式达成信用共识，而不需要任何的中央信任机构。在这种技术下，我们可以建立数字货币、数字资产、智能财产以及智能合约等。
区块链本质上是一个去中心化的数据库，是一连串使用密码学方法产生相关联的数据块，每一个数据块中包含了一段时间内全网交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。所以说区块链是以去中心化和去信任化的方式，来集体维护一个可靠数据库的技术方案。每个区块分为区块头和区块体（含交易数据）两个部分,其链接指针是采用密码学哈希算法对区块头进行处理所产生的区块头哈希值。每一个数据块中记录了一组采用哈希算法组成的树状交易状态信息，这样保证了每个区块内的交易数据不可篡改，区块链里链接的区块也不可篡改。区块链的链接模型如图所示。一个完整的区块链系统包含了很多技术，其中有存储数据的数据区块及其之上的数字签名、时间戳等技术，有作为支撑的P2P网络和维护系统的共识算法，有挖矿和工作量证明机制，有匿名交易机制和比特币钱包，还有链龄、UTXO、Merkle树、双花等相关技术概念。正是这些技术，使得区块链在无中心的网络上形成了运转不息的引擎，为区块链的交易、验证、链接等功能提供了源源不断的动力。区块链系统由自下而上的数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。
1）数据层
数据层封装了底层数据区块的链式结构，以及相关的非对称公私钥数据加密技术和时间戳等技术，这是整个区块链技术中最底层的数据机构，其中大多数技术都已被发明数十年，并在计算机领域使用了很久，无须担心其中的安全性，因为如果这些技术出现安全性上的巨大漏洞，则意味着全球金融技术都会出现严重的问题。2）网络层
网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等，由于采用了完全P2P的组网技术，也就意味着区块链是具有自动组网功能的。这种P2P组网技术，在早先应用于BT（比特流）和eMule（电驴）之类的P2P下载软件中，也是一种相对来说非常成熟的技术。3）共识层
共识层主要封装网络节点的各类共识机制算法。共识机制算法是区块链技术的核心技术，因为这决定了到底由谁来进行记账，记账者选择方式将会影响到整个系统的安全性和可靠性。目前已经出现了十余种共识机制算法，其中最为知名的有工作量证明机制（Proof of Work，PoW）、权益证明机制（Proof of Stake，PoS）、股份授权证明机制（Delegated Proof of Stake，DPoS）等。4）激励层
激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等，该层主要出现在公有链（Public Blockchain）中，因为在公有链中必须激励遵守规则参与记账的节点，并且惩罚不遵守规则的节点，才能让整个系统朝着良性循环的方向发展。所以激励机制往往也是一种博弈机制，让更多遵守规则的节点愿意进行记账。而在私有链（Private Blockchain）中，则不一定需要进行激励，因为参与记账的节点往往是在链外完成了博弈，也就是可能有强制力或者有其他需求来要求参与记账。5）合约层
合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础。以以太坊为首的新一代区块链系统试图完善比特币的合约层。比特币尽管也包含了脚本代码，但是并不是图灵完备的，即不支持循环语句；以太坊在比特币结构的基础上，内置了编程语言协议，从而在理论上可以实现任何应用功能。如果把比特币看成是全球账本的话，那么就可以把以太坊看作是一台“全球计算机”——任何人都可以上传和执行任意的应用程序，并且程序的有效执行能够得到保证。6）应用层
应用层则封装了区块链的各种应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。比如搭建在以太坊上的各类区块链应用就是部署在应用层，所谓可编程货币和可编程金融也将会搭建在应用层。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识机制的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。其中数据层、网络层和共识层是构建区块链应用的必要因素，否则将不能称为真正意义上的区块链。而激励层、合约层和应用层则不是每个区块链应用的必要因素，有部分的区块链应用并不完整地包含着这三层结构。区块链具有去中心化、可靠数据库、开源可编程、集体维护、安全可信、交易准匿名性等特点。如果一个系统不具有以上特征，将不能被视为基于区块链技术的应用。1)去中心化
区块链数据的存储、传输、验证等过程均基于分布式的系统结构，整个网络中不依赖一个没有中心化的硬件或管理机构。作为区块链一种部署模式，公共链网络中所有参与的节点都可以具有同等的权利和义务。2)可靠数据库
区块链系统的数据库采用分布式存储，任一参与节点都可以拥有一份完整的数据库拷贝。除非能控制系统中超过一半以上的算力，否则在节点上对数据库的修改都将是无效的。参与系统的节点越多，数据库的安全性就越高。并且区块链数据的存储还带有时间戳，从而为数据添加了时间维度，具有极高的可追溯性。3)开源可编程
区块链系统通常是开源的，代码高度透明公共链的数据和程序对所有人公开，任何人都可以通过接口查询系统中的数据。并且区块链平台还提供灵活的脚本代码系统，支持用户创建高级的智能合约、货币和去中心化应用。4)集体维护
系统中的数据块由整个系统中所有具有记账功能的节点来共同维护，任一节点的损坏或失去都不会影响整个系统的运作。5)安全可信
区块链技术采用非对称密码学原理对交易进行签名，使得交易不能被伪造；同时利用哈希算法保证交易数据不能被轻易篡改，最后借助分布式系统各节点的工作量证明等共识算法形成强大的算力来抵御破坏者的攻击，保证区块链中的区块以及区块内的交易数据不可篡改和不可伪造，因此具有极高的安全性。6)准匿名性
区块链系统采用与用户公钥挂钩的地址来做用户标识，不需要传统的基于PKI（Public Key Infrastructure）的第三方认证中心（Certificate Authority，CA）颁发数字证书来确认身份。通过在全网节点运行共识算法，建立网络中诚实节点对全网状态的共识，间接地建立了节点间的信任。用户只需要公开地址，不需要公开真实身份，而且同一个用户可以不断变换地址。因此，在区块链上的交易不和用户真实身份挂钩，只是和用户的地址挂钩，具有交易的准匿名性。。区块链技术的核心优势是去中心化，能够通过运用哈希算法、数字签名、时间戳、分布式共识和经济激励等手段，在节点无需互相信任的分布式系统中建立信用，实现点对点交易和协作，从而为中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。车联网面临的挑战
随着车辆应用和服务的快速发展，智能车辆将产生和交换大量的数据，这将导致网络流量的大幅增加。作为未来智能世界的重要组成部分，智能汽车涉及多个方面的互动，包括人车路云服务商、监管机构等。由于涉及多方参与，身份认证服务需要同时满足安全和便利的要求。此外，智能汽车不断产生数据，这些数据的存证和确权流通也需要满足安全和道德的要求。例如，在智能汽车自动泊车和自动充电过程中，与停车场、充电桩、维护服务设备之间自动连接认证、信息记录和收费结算需要考虑便利性和安全性问题。在智能汽车行驶过程中，与其他车辆、路侧智能设施、地图服务等进行身份认证、数据交换和交易时，也存在一系列相关的安全问题。当前智能汽车和车联网面临的一些挑战如图。
智能汽车和车联网面临的挑战
同时，车联网具有高移动性、低延迟性、上下文复杂性和异质性等特点，这使得直接采用传统基于云的存储和管理方法变得困难。此外，确保来自不同服务提供商的车联网实体之间具有强互操作性和兼容性也是一项挑战。当前车联网和智能汽车面临的一些安全问题如图所示。因此，车联网的数据交换和存储平台需要朝着去中心化、分布式、可互操作、灵活和可扩展的方向发展，以适应车联网的未来发展并充分发挥智能交通系统的潜力。同时，由于该平台是分布式和去中心化的，更容易受到网络攻击，因此必须确保车联网数据的安全、隐私和可信性。
区块链技术与现代加密技术为车联网应用提供了巨大的机遇。
1、区块链解决车辆数据诚信问题
利用区块链的分布式存储和不可篡改数据的特性，结合新型共识机制的支持，区块链可以建立起实体之间的强大信任。智能合约能够在没有任何受信任实体的情况下做出决策，从而解决信任问题。由于区块链的不可篡改性，违章信息、车辆故障以及交通事故的现场信息将永久记录在区块链中，从而实现证据的固化，解决车辆数据诚信问题。下图展示了基于区块链的智能汽车车路协同的一个场景，利用区块链的分布式数字身份来解决智能汽车与周边交通设施的可信识别认证问题，并对车路协同数据进行确权存证。同时，将车企、智能道路、地图服务、交通部门以及保险服务等不同机构构建成一条链。针对行驶数据、驾驶数据，包括智能汽车的监测数据、事故数据、违章数据，以及保险救援数据等，将其存储到链上进行存证。各个部门可以基于链上的数据存证进行相关数据的获取，以及对相关事故、违章和保险的处理。2、区块链记录车辆完整生命周期
区块链可以应用于汽修汽配、车辆管理、汽车制造商、汽车租赁、保险等领域。在区块链中，每个区块的哈希值与其他区块相互关联，保持数据的不可篡改性，有助于进行准确的审计。同时，智能合约能够自动执行交易。下图展示了一个场景，通过区块链创建一组卡车编队，利用路径信息仅允许特定成员进行匹配，并根据信誉值选择头车。区块链和智能合约提供安全支付方式，解决虚假和恶意支付的问题。编队中的成员按照合同规定向头车支付服务费用。3、 区块链保障数据信息安全
通过区块链共享受保护的数据信息，车辆与车辆之间、车辆与人之间以及车辆与服务商之间的数据交流提高了驾驶的安全性和服务商的管理效率。同时，区块链能够解决安全威胁，如中断、单点故障和攻击。区块链通过在所有连接到网络的对等节点之间进行同步和复制，即使某个或多个节点受到威胁，服务也能够平稳运行。下图展示了智能汽车的钱包支持M2M交易，实现共享出行。数字身份链作为主链，交易链将充电服务企业、停车场、收费站、金融机构和审计机构连接在一条链上。智能汽车通过数字身份链对驾驶员身份进行认证，只有通过相关身份验证后，才能使用充电桩、停车场、收费站和维护服务等设施。智能汽车会将相关服务数据记录在交易链上。金融机构通过确认身份信息和服务信息的有效性来进行结算。审计机构对整个流程中出现的服务进行追溯和判定，以完成整个共享出行服务的过程。4、区块链促进数据创造价值
通过车联网设备在行车期间采集车内外的数据，用户可以拥有自己的数据，并与第三方进行分享。区块链消除了对云系统等数据存储和管理的依赖。在区块链和智能合约的支持下，可以取消第三方实体的介入。参与区块链的各方可以自行维护车辆服务和交易，大幅降低运营成本，让诚信数据创造价值，使用户获益。下图描述了在车联网中如何共享资源。为了保护车辆隐私并减少发布新区块的通信延迟，在资源共享方案中，参与资源共享的车辆与区块验证者是分开的。借助区块链的帮助，即使是静止的车辆也能在停车期间安全有效地共享其闲置的计算和网络资源。5、区块链提升用户体验
区块链技术允许创建去中心化的车联网网络，实现点对点（P2P）的交易、共享和通信。通过P2P网络，服务请求者和提供者可以直接建立通信，车辆与道路设备之间可以安全地分享数据和资源。由于无需通过任何中介与P2P网络中的其他参与者进行通信，应用和服务的延迟大幅降低，从而提升了用户的体验。下图展示了区块链上的道路设备、车辆和司机各自拥有的数字身份。司机的数字身份包括个人的认证信息、基本信息、资质信息和信用记录等。汽车的身份包括车辆的认证信息、保险情况和物权情况。道路设备包括设备的认证信息和基本信息。借助车联网技术，可以将这些相关信息同步给公安、车企、经销商、保险机构、交管部门等一系列的机构和个人。针对不同的场景，可以对不同的信息进行验证和应用。举例来说，交管部门可以对车辆进行合格性验证，对驾驶员进行资质认证。公安机构可以核实驾驶员的身份信息，经销商可以实现车辆物权的转移。通过建立一个数字身份，车辆可以形成一个区块链，确保数据在链上的安全可信流转。
2018年，宝马、福特、通用汽车、雷诺、博世、采埃孚等全球30多家创始成员联合成立了一个规模庞大的区块链联盟——移动开放区块链倡议（MOBI，Mobility Open Blockchain Initiative）。该倡议旨在探索区块链技术在汽车和移动出行领域的潜力。
MOBI 联盟
MOBI的初衷是利用区块链技术创建一个针对汽车领域的数字移动新生态系统，包括通行标准和开放接口，覆盖从汽车制造到汽车支付、从共享汽车到自动驾驶等各个领域的生态建设。在其中，特别关注自动驾驶所产生的大量数据的生成和归属问题。MOBI认为区块链可以提供一个强大的去中心化工具，帮助自动驾驶制造商控制和管理这些数据。下面列出了一些最近的区块链用例，以更好地了解区块链在汽车行业中的适用性。BC Mobility & Logistics（区块链解决方案有限公司）
BC Mobility & Logistics（区块链解决方案有限公司）基于智能设备生成的数据构建了基于区块链的交通智能钥匙解决方案。该方案能够记录驾驶数据并管理汽车共享交易，包括交易访问权限，监控涵盖保险、DOOH广告、汽车租赁和汽车报告等车辆信息，实现了综合基础设施的全面管理。支持区块链的收费站（Oaken Innovation）
Oaken Innovation开发了支持区块链的收费站，为特斯拉汽车实现了自动付款的愿景和测试。由于汽车和收费站都拥有以太坊节点，并使用智能合约实现机器对机器（M2M）交易，因此特斯拉汽车能够在通过收费站时自动进行支付。丰田汽车公司和丰田金融服务公司共同推出了丰田区块链实验室，该实验室由六家丰田集团公司组成。丰田区块链实验室致力于探索汽车行业的未来发展方向，研究区块链技术的潜力。该集团现在正在加快推进业务实施，并扩大与外部战略合作伙伴的合作关系。丰田汽车区块链技术探索的目标是转型为一家更全面的移动公司，为用户提供广泛的交通相关平台。为了实现这一目标，丰田计划利用区块链技术建立一个环境，使用户能够更加公开、更加安全地与为其提供服务的公司建立联系。沃尔沃
沃尔沃汽车利用区块链技术实现了对其电池中所使用钴的全球可追溯性。在锂离子电池组装过程中使用可持续原材料（如钴）的可追溯性是汽车制造商面临的主要可持续性挑战之一。沃尔沃汽车通过区块链技术建立了一个透明、可靠的共享数据网络，极大提高了原材料供应链的透明度，因为有关材料来源的信息是不可更改的，从而确保客户能够驾驶负责任采购的电池驱动沃尔沃电动车。大众汽车
大众汽车目前正在测试里程计时系统，该系统使里程表难以更改，进而提升二手车市场的透明度和安全性，从而提高二手车的保值率。通过一个经典的系统，客户可以永久地保存他们的里程表读数，除非有人注意到并进行篡改，否则无法追溯更改该系统。现代汽车的备件子公司现代摩比斯推出了替代MAPS（最先进的零件系统）软件平台，该平台利用区块链技术为现代和起亚品牌的300辆汽车分销售后零件。该系统支持大约300万个零件的库存和分销计划，并能验证、预测需求，并跟踪现代汽车在全球200个国家/地区的6500万个零件销售。约100,000名用户将使用该系统，其中包括35,000家零件分销商和维修店以及16,000家经销商，用于零件采购、物流和质量控制。该系统是一个试点项目，利用区块链技术进行产品认证。宝马
宝马集团运用区块链技术确保多阶段国际供应链中零部件和原材料的可追溯性。宝马与区块链平台唯链合作，发起了名为"验证汽车"的项目，其中包括车辆数字护照。Verify Car为用户提供更加透明的宝马汽车历史信息。通用汽车
通用汽车利用区块链增强了现有导航系统。基于区块链的车载导航系统在汽车行驶过程中共享收集到的大量知识。通过区块链技术实时收集的数据与差异检测器结合使用，这些检测器会对传入数据进行与现有地图的差异检测。一旦发现任何差异，将将其传输到区块链网络，其他移动车辆可以进行交叉检查，以确认是否观察到相同的模式。下表总结一些国内外车企在区块链上的应用情况。
汽车和出行领域的企业已经开始利用区块链技术开发相关应用，或提升现有业务的运营效率。建设汽车行业生态系统的网络和信息流通已经成为必然趋势，未来区块链技术和车联网技术将为交通系统带来全新的功能。[本文摘自《智能汽车：新一代技术与应用》.姜鸿雷.电子工业出版社——书中第五章部分内容]参考文献：
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