A Blockchain-based Multi-domain Authentication Scheme for Conditional Privacy Preserving in车联网 论文阅读

Posted 2023-03-30 乔未

目录

• 名词解释
• 前面的话
• • 问题
  • 解决
  • challenge
• 基于区块链的多域认证框架
• • 各个单位的作用
• 具体的步骤
• • 一、系统初始化
  • 二、化名服务的多方合作
  • 三、消息的签名和验证
  • 四、快速有效的撤回
• 安全分析：
• 性能分析：
• 结论：

文章原文在上传的资源里： https://download.csdn.net/download/m0_51588039/75658078

名词解释

Vehicular Ad-hoc Network：车用自组织网络
RSU：路测单元、速率传感装置
TA：可信中心
MA：misbehavior authority
TCC：交通管制中心
BSM：基本安全信息
BGS：区块链网关服务器
V2R：vehicle to road
V2V：vehicle to vehicle

前面的话

问题

1、 各种智能汽车的功能依赖于PKI和CA，一个域内的不同汽车才有可能实现互通。但现实中很多不同的汽车企业建立自己的CA中心，并借此给自己的用户发放证书。这就导致了不通车企的用户不在一个域内，使一些公共的功能不能使用。交叉信任的表格可以初步解决问题，但是更新不方便，对于同步更新的要求很大，不能满足，还容易出现问题。
2、 隐私保护的问题（基于化名证书的认证）：交叉验证需要别的汽车的CA等身份信息，通过化名能够初步解决问题。对于大量的汽车个体单位，需要在本地存储大量的化名CA来进行交叉验证，而且一旦一个汽车出现问题，先前存储的大量化名CA就无效了

解决

基于化名证书认证——>基于区块链

challenge

1、 认证架构要轻量级，跨域的交叉验证需要方便且快捷。
2、 抵御攻击，同时监控并追溯当局和证书服务进程的异常举动
3、 对可疑汽车的追溯，高效撤回恶意汽车的假ID

主要就聚焦于多域场景中车辆身份验证的安全以及隐私保护问题

基于区块链的多域认证框架

1、 用区块链账本来存储关键的跨域信息
2、 联盟链，不同的公司共同维护。通过多方认证和共识来解决认证动作的记录和监督
Perception layer感知层：
包括智能汽车、RSU以及其他智能交通设备，可以进行安全通信。

Management layer管理层：
CA TA PCA等一个联盟内的权威机构共同维护了区块链的账本内容。
MA TCC等监管机构有特殊作用，不参与验证和共识

BlockChain layer区块链层：
没啥好说的……

各个单位的作用

TA：发布公共参数，定义行为规则。在此文章中完全可信。

CA：提供注册服务，保留汽车的认证凭据。

PCA：提供化名服务——给合法汽车生成并分发化名，同时把生成并分发的化名上传到区块链之上。

MA：根据定义的行为规则和识别算法，识别出恶意车辆，在CA、PCA中进行追溯，并生成一个revocationlist（撤销链）

TCC：通过BGS，获取区块链上汽车的凭据和活动记录，遇到紧急情况时与其他的部门进行通信

RSU：有一定的存储和计算容量，广播险情，收集附近汽车的BSM。可以通过BGS查询区块链上的数据，但不能写区块链上的交易。

Intelligent terminal：具有计算模块和通信模块。

基于椭圆曲线上的离散对数问题和大整数的离散对数问题的难解性，构建了下面的计划

具体的步骤

一、系统初始化

（1）TA定义技术方案，并把全局参数发布到区块链上。
利用有限域内的椭圆曲线，定义全局的hash函数值域h1 h2 h3；为RSU生成密钥对并保存私钥；把公共参数G, P, p, q, a, b, h1(·), h2(·), h3(·)和公钥Rpkn for RSU n, Tpk发布到区块链上，PCA CA利用区块链上的公钥生成自己的密钥对并再次上链。
（2）汽车的注册——离线注册。
汽车在生产过程中获得唯一的独特ID，并伴随整个生命周期。
该汽车在某个CA的域下，向该CA提供相应的文件证明等来在该CA下进行注册操作：CA利用区块链上的公共参数、密钥、自己生成的密钥、汽车本身独有的ID等信息进行离线注册，注册完成后抛弃一个在有限域内的随机数来保证VID的有效性。

二、化名服务的多方合作

实现为了减轻PCA的压力，将PCA提供化名的服务下放到RSU的代理中。
RSU代理的选取：
① 定期性，动态性；
② 有较强计算能力和较大存储空间的RSU更有可能被选上，若无合适的，还是PCA提供化名的服务；此时由PCA提供的化名可以作为一个反馈信息，用来调整RSU代理的选取机制

两阶段化名服务：
1、 化名材料的分发
利用密钥派生算法，由主密钥对（PCA发布到区块链上的那个）生成一系列的化名材料，可以提高效率。一个算法，生成了化名。PCA使用会话密钥加密化名材料后发送给RSU，RSU解密后把化名材料存储在本地的数据库中。
2、 化名生成
一个汽车若需要化名服务，向最近的RSU发送请求，req域标识D、化名序号N、身份的hash值H、现在的时间戳T。RSU收到请求后，进行验证和化名的分发；验证通过后经过算法把化名的相关信息发给汽车，同时保存一部分数据，传给PCA并上链一些数据；汽车经过计算，既可以得到化名的信息，又可以得到了私钥。

三、消息的签名和验证

V2R情况：汽车发送请求，

RSU检查：T的时间是否为最近，PID是否有效，D是否在revocationlist（撤销链）中，是否是本域内的车辆。如果是本域内的，可以直接在本地数据库中检索其凭证信息；否则，RSU需要向PCA发送查询该车辆的请求，得到来自PCA的凭证信息后进行验证。
一系列验证结束后，要是有，就传递信息；否则就认证失败并且丢弃信息。

V2V情况：与V2R情况类似

四、快速有效的撤回

包括化名的撤回和长期的凭证的撤回

化名的快速撤回过程：已知一个已经被确定为恶意车辆的化名集
（1）MA从区块链中获取到和恶意车辆的化名集的时间戳相同的化名服务
（2）MA向RSU代理中请求到域标识D，用来与代理的hash和主种子匹配。
（3）MA把RSU的公钥，哈希值和主种子发送给PCA，请求同样一批发送给汽车i的化名。
（4） PCA如果搜索到了使用上面所说的哈希值的记录，通过公钥和主种子计算出所有这一批的化名，即恶意车辆的所有化名，并发送给MA。
（5）把这一批化名添加到撤销链上，并向所有实体广播。

长期凭证的撤回：为了防止该汽车继续访问系统的服务，需要对其凭证进行长期的撤回。
MA向该汽车所在的域内的CA请求，让CA把该汽车的凭证设置成“无效”，带上时间戳并发布到区块链上就可。

安全分析：

不可伪造性、不可连接性、机密的隐私保护、服务的监督、批量化名的撤销、抵御一般攻击等

性能分析：

……

结论：

……

凭借自己的理解进行的论文阅读，没有用任何的翻译工具，肯定有理解偏差的地方，希望大家提出并指正。