該圖顯示了一組機器人協作搜索并取回丟失的物品。根據麻省理工學院的一項新研究，區塊鏈技術的使用可以在機器人完成任務時實現安全、防篡改的通信。

想象一下，一支配備先進傳感設備的自主無人機團隊，在飛越內華達山脈高空時尋找煙霧。一旦發現野火，這些領導機器人就會將方向傳遞給一群快速到達火災現場的消防無人機。

但是，如果一個或多個領導機器人被惡意代理入侵并開始發送不正確的指示，會發生什么？當跟隨機器人被帶到離火更遠的地方時，他們怎么知道自己被騙了？

麻省理工學院和馬德里理工大學的研究人員發表在 IEEE Transactions on Robotics 上的一項研究表明，將區塊鏈技術用作機器人團隊的通信工具可以提供安全性和防范欺騙的措施。這項研究也可能在城市中應用，在這些城市中，自動駕駛汽車的多機器人系統正在運送貨物和運送人們穿過城鎮。

區塊鏈提供了所有交易的防篡改記錄——在這種情況下，是機器人團隊領導發布的消息——因此跟隨機器人最終可以識別信息軌跡中的不一致之處。

領導者使用代幣來表示動作并向鏈中添加交易，并在他們發現謊言時沒收他們的代幣，因此這種基于交易的通信系統限制了被黑客入侵的機器人可以傳播的謊言數量，據瑪麗的愛德華多·卡斯特羅說麻省理工學院媒體實驗室的居里研究員和論文的第一作者。

Castello 說：“除了加密貨幣的討論之外，區塊鏈的世界還有很多可以創造理解安全協議的新方法的東西。”

不僅僅是比特幣

雖然區塊鏈通常用作加密貨幣的安全分類賬，但本質上它是一個數據結構列表，稱為塊，連接在鏈中。每個區塊都包含要存儲的信息、區塊中信息的“哈希”以及鏈中前一個區塊的“哈希”。散列是將文本字符串轉換為一系列唯一數字和字母的過程。

在這個基于模擬的研究中，存儲在每個塊中的信息是一組從領導機器人到跟隨者的方向。如果惡意機器人試圖更改區塊的內容，它將更改區塊哈希，因此更改后的區塊將不再連接到鏈上。跟隨機器人很容易忽略改變的方向。

區塊鏈還提供所有交易的永久記錄。由于所有追隨者最終都可以看到領導機器人發出的所有指示，因此他們可以看到自己是否被誤導了。

例如，如果五個領導發送消息告訴追隨者向北移動，而一個領導發送消息告訴追隨者向西移動，追隨者可以忽略不一致的方向。即使跟隨機器人確實錯誤地向西移動，被誤導的機器人在將其移動與存儲在區塊鏈中的交易進行比較時最終會意識到錯誤。

基于交易的通信

在研究人員設計的系統中，每個領導者都會收到固定數量的代幣，這些代幣用于向鏈中添加交易——添加交易需要一個代幣。如果追隨者確定區塊中的信息是錯誤的，通過檢查大多數領導機器人在該特定步驟發出的信號，領導者將丟失令牌。一旦機器人用完令牌，它就不能再發送消息。

“我們設想了一個撒謊要花錢的系統。當惡意機器人用完代幣時，它們就不能再散布謊言。因此，你可以限制或約束系統可以讓機器人暴露的謊言，”Castello 說。

研究人員通過模擬幾種已知或未知惡意機器人數量的跟隨領導情況來測試他們的系統。使用區塊鏈，領導者向在笛卡爾平面上移動的跟隨機器人發送方向，而惡意領導者廣播錯誤的方向或試圖阻止跟隨機器人的路徑。

研究人員發現，即使追隨者機器人最初被惡意領導者誤導，基于交易的系統也能讓所有追隨者最終到達目的地。由于每個領導者都有相等的有限數量的代幣，研究人員開發了算法來確定惡意機器人可以說的最大謊言數。

“既然我們知道謊言如何影響系統，以及惡意機器人可以在系統中造成的最大傷害，我們就可以計算出群體被誤導的最大界限。所以，我們可以說，如果你有機器人一定的電池壽命，誰入侵系統并不重要，機器人將有足夠的電池來實現他們的目標，”Castello 說。

除了允許系統設計人員估計機器人完成任務所需的電池壽命外，該算法還使用戶能夠確定存儲區塊鏈所需的內存量、所需的機器人數量以及長度他們可以走的路徑，即使一定比例的領導機器人被黑客入侵并變得惡意。

“你可以在設計你的系統時考慮到這些權衡，并就你想用你要部署的系統做什么做出更明智的決定，”他說。

未來，Castello 希望在這項工作的基礎上，使用基于交易的交互為機器人創建新的安全系統。他認為這是在人類和機器人群體之間建立信任的一種方式。

“當你將這些機器人系統轉變為公共機器人基礎設施時，你會將它們暴露給惡意行為者和故障。這些技術有助于驗證、審計和理解系統不會流氓。即使某些成員系統被黑了，它不會使基礎設施崩潰，”他說。

• 《區塊鏈技術架構安全要求》（標準編號：YD/T 3747-2020）
  

該論文由馬德里理工大學的 Ernesto Jimenez 和 Jose Luis Lopez-Presa 共同撰寫。這項研究由歐盟的地平線 2020 研究和創新計劃、馬德里地區政府和麻省理工學院國際科學技術計劃全球種子基金資助。