FOAM将地理空间数据带入区块链技术调研

     在今年3月份的OGC“Geospatial Standardization for Distributed Ledgers”会议中，提到了一个分布式地理空间数据的开放协议FOAM。这是一种利用区块链技术进行地理位置证明，以构建去中心化地图的技术或协议。

一、问题提出

• 民用GPS信号未加密，未经验证，容易获取和模拟，使其变得可欺骗和可更改；
• GPS局限性，在室内或多建筑物阻挡区域定位受限，且GPS电池消耗，无法满足低功耗物联网（loT）

二、FOAM介绍

    FOAM是一个依靠以太坊的位置证明协议，将地理空间数据带入区块链技术，赋予共识驱动的地图。FOAM地理位置证明基于低功率广域网（LPWAN），通过拜占庭时间同步算法提供独立于外部集中源（如GPS）的安全定位服务。并通过发行加密货币激励社区用户提供位置定位服务。目前来说，FOAM需要依靠大量带有无线电信标功能的设备，部署在区域范围内，如下图所示。

                                              

三、该技术/协议的目的和解决的问题

       允许设备利用加密消息与无线电信标通信来解决单向的且未加密的地址信息，通过区块链共识机制来确认、验证用户所提供位置的准确性。通俗来讲就是GPS作为单向、中心化的设备，没有得到验证，无法保证其得到数据不被恶意篡改。

四、FOAM组成部分

主要由（1）加密空间坐标标准；（2）位置协议证明；（3）空间索引和可视化

（1）加密空间坐标标准（CSC）

       CSC是针对特定位置智能合约的开放且可互操作的编码标准, CSC是以太坊智能合约地址，其相应地址位于物理空间中，可在链上和链外验证。这也使得CSC是由智能合约地址与地理坐标转换的geohash完全对应。另一方面，CSC也可以解码为geohash和以太坊的合约地址。结构如下图所示：

                                                     

（2）位置协议证明（Proof of Location）

核心部分。位置证明允许用户和自治代理在他们选择时私下记录经过身份验证的位置数据，然后通过提供防欺诈位置申明自行决定显示他们的个人信息。并确保验证用户所提供位置的准确性，提供共识。

PoL是一种协议，旨在通过提供软件框架和硬件设施以支持去中心化的、保护隐私的、高度准确的、审查抵制的地理位置认证和服务。使用PoL可以认证人与某个位置的距离，从而与该位置的智能合约进行交互。

（3）空间索引和可视化

一个通用的可视化区块链资源管理器。

五、基于手机蓝牙的地理位置证明

参考文献[4]

A.目标

证明用户是否处于其所申明的地理位置。

B.原理

蓝牙RSSI计算距离，计算得蓝牙发射端和接收端间的距离d1

通过接收端和发射端提供的地理位置坐标（例如从GPS获取），计算出两者间的验证距离d2

若|d1-d2|在一定阈值范围内，则地理位置认证成功

C.区块链构建

在现实的物理网络中（例如由手机终端或其他通讯设备等），区块链赋予节点验证和存储地理位置证明的能力，同时不需要中心化的超级节点进行验证，从而保证了全网用户的位置隐私以及验证结果的不可篡改性。且还有当大多数节点认同后才可记录到区块链中。

六、应用场景构想

• 移动性：通过位置证明和防欺诈支持移动服务和自动驾驶领域
• 物联网：物联网设备传感器数据网络的安全位置验证和本地化
• 供应链领域
• 线上防作弊签到场景

七、主要难点和问题

• 位置证明依赖于区域内部署大量通信收发设备，需将其作为网络节点验证；
• 在区块链的位置证明过程中，主要是多节点共识验证的过程，但是区块链的不可篡改特点可有可无，甚至将每次证明都记录在区块链上反而会引起一些隐私泄露；
• 感觉位置证明的场景不是很明确，是否必须用到区块链的位置证明技术，事实上大多是场景GPS已经够了。

八、想法

       FOAM是基于以太坊的公链，在github上维护的一些源码，不过更新较慢，且FOAM本身尚未真正应用落地。搜索了一下知网中文期刊论文，对于区块链在地里位置证明方面尚未有相关研究。到底区块链技术在地理位置证明中有哪些科学问题值得去研究，查阅相关资料论文和技术实现后可知。

持续更新ing

参考文献：

https://foam.space/

https://mp.weixin.qq.com/s/wMmV3C6-rDunaG8P43TB0A

https://mp.weixin.qq.com/s/-Agb3d-CsYTCFVyPyexxzQ

https://mp.weixin.qq.com/s/sybAVDhAs3axwYzg1tAsbw

https://mp.weixin.qq.com/s/afBET1EXrWgqcl83A7fDag