1 研究现状

近年来，无线通信和移动计算的发展，使得各种各样的设备都能连接到互联网，从而形成了物联网。目前，已经研究出了各种用于物联网的路由协议。如基于表驱动的路由协议OLSR、DSDV；按需驱动的路由协议AODV、TORA、DSR；混合型路由协议ZRP、RPL。然而这些经典的路由协议虽然有着较高的成熟度和稳定性，却难以适应目前物联网在接入用户数量、网络拓扑变化速度、续航时间等方面的要求[1,2]。

使用加密算法是保护路由协议的第一种方法。然而，在大多数现有路由协议的设计中，如安全自组织按需距离向量(SAODV)、Ariadne、优化链路状态路由(OLSR)和最优安全路由(OSR)，都必须有一个中心机构(CA)在网络节点之间分发密钥。但是，由于物联网供应商之间存在信任问题，且实现信任管理的基础设施(如公钥基础设施(PKI)成本较高，使得大部分物联网供应商不能简单地就某一集中管理系统达成一致。第二种保护路由协议的方法是用基于信誉的方法衡量网络节点对路由过程的影响程度，在文章[3]中，提出了一种奖励机制来激励节点参与路由过程。每个网络节点都是根据其在路由过程中的声誉来选择的。节点的声誉信息既可以通过观察其邻居的行为得到，也可以通过网络中可信任的外部顾问获得。不论通过哪种方式，声誉系统的准确性都会受到影响。因为网络节点仅靠查看其邻居的行为得到的声誉信息是片面的，也可能是攻击者伪造了来自外部可信系统的声誉信息。

针对缺乏对中央管理系统的信任且难以获得可公开验证的声誉信息问题，本文考虑利用公共分类账技术(即区块链)来设计物联网的路由协议。该路由协议可以使来自不同供应商的物联网设备在数据通信过程中相互信任、协作，容错物联网中的设备可以以分散的方式找到网关或目标设备的路由。本文主要工作如下:

(1)提出将合同路由作为基于区块链的物联网路由协议，并用公共分类帐技术来分散BCR协议。

(2)用以太坊区块链提供BCR协议的概念证明，并考虑以下四个性能指标：数据包传输率(PDR)、吞吐量(TP)、路由开销(RO)和路由获取延迟(RAL)。

(3)将BCR与常用路由协议AODV进行性能比较，结果表明，BCR协议的PDR虽略低，但路由开销要低得多。

2 系统模型

BCR协议的模型由多跳物联网络LS,I,D、区块链网络B组成，二者协同工作，如图1所示。

图1 物联网分散通信网络模型

2.1 多跳物联网络

物联网网络LS,I,D由一组源设备S、一组中间设备I以及一组目标设备或数据网关D组成。没有用于注册、身份认证或设备授权的中央管理机构。源设备旨在将数据发送到目的地设备或数据网关[4]。

源设备S发出向目标或数据网关发送数据的访问请求。中间设备I将源设备数据流量中继到网关或目的地的物联网设备。Wi-Fi网络中的接入点、多跳蜂窝网络(MCN)中的基站和无线传感器网络(WSN)中的汇聚节点都可能是目的地设备或数据网关D[5]。

2.2 区块链网络

该系统包括由BP,Q,GBP,BG表示的具有以下参数、组件和能力的区块链网络。

(1)参数：区块链具有以下参数[6]:

具有参数K∈N的公共前缀属性P：假设诚实的区块链节点BN1和BN2维持链C1和C2；那么C1-K将是C2的前缀，C2-K是C1的前缀，其中C-K是链C减去其余的K个块。我们将K称为深度参数。

具有参数L∈N和μ∈(0,1)的链质量属性Q，其中L是诚实节点拥有的区块链的长度，1-μ是对手可以创建的最大链的比率。μ称为链质量系数。

链增长属性G具有参数S∈N和τ∈(0,1)，其中，对于任何诚实的区块链节点，具有链C的BN1源节点，若其区块时间最少为τ，S区块将被添加到区块链中。τ称为速度系数。

上述参数意味着公共分类账具有以下两个属性[7]：

活跃性:来自网络节点的所有事务最终都将位于区块链中的一个块上。

持久性：一旦交易进入一个诚实区块生产者的区块链，它将被包含在每个诚实区块生产者的区块链中，并因此被分配到区块链中的永久位置。

(2)组件：

区块链网关BG:区块链网关支持物联网设备与区块链网络之间的通信。这些网关可以是蜂窝基站、Wi-Fi接入点或卫星[8]。

块生成器BP:每个块生成器从物联网网络接收事务并将它们组装成一个块。然后尝试将新生成的块添加到区块链中。块生产者可能属于物联网设备供应商，但块生产者之间彼此都不信任。他们必须通过区块链的交易协商一致机制达成共识，根据应用的一致性算法，应考虑不同的安全性假设，以保持其活性和持久性[9]。

文章来源：《物联网技术》 网址: http://www.wlwjszz.cn/qikandaodu/2021/0125/1313.html