区块链赋能的6G零信任车联网可信接入方案

一文章素材摘录于

单位信息广东工业大学+北京邮电 郝敏博士团队
数据来源电子与信息学报
基金项目国家重点研发计划

二正文

随着三大运营商 5G 套餐于2019年底的相继上线宣告我国第五代无线通信网络5G正式进入商用阶段。以增强型移动宽带eMBB、大规模机器类通信mMTC与高可靠低时延通信uRLLC为特色应用场景的5G技术使得自动驾驶远程医疗与智能电网等应用成为可能并帮助人们构造一个万物互联的智能世界。

然而据专家预测5G 网络显然无法满足 2030 年及以后的网络需求此外在成都召开的首届6G通信感知一体化学术研讨会同样指出6G网络在具备强大通信能力的同时更将成为连接物理世界与数字世界的“神经中枢”。

因此全球各大科研院所与企业研发部门均已组织展开第六代无线通信网络技术(6G)的研发工作华为《6G:无线通信新征程》白皮书。

本期推荐广东工业大学+北京邮电 郝敏博士团队发表于《电子与信息学报》2022年44卷第9期的综述《区块链赋能的6G零信任车联网可信接入方案》。

6G网络将带来全场景按需服务泛在智能新范式其中可信可靠网络服务是泛在智能的关键技术指标。该文面向6G零信任网络的通信需求以区块链为“信任桥梁”研究6G车联网边缘计算中的可信可靠接入管理方法。

采用基于2次剩余的零知识身份验证算法在不暴露车辆隐私的前提下完成基站和车辆之间的相互验证与授权。然后为提高验证效率并节省基站能耗建立了基于契约理论的路侧冗余算力激励模型将基站的一部分验证任务分配给边缘服务器或停泊车辆再给予相应的报酬。最后建立了基于双层区块链的6G零信任车联网架构利用基站群维护的主链与边缘算力维护的辅链记录车联网身份验证的重要参数实现零信任网络环境的可信接入。通过与现有方法比较该文所述方法在不泄露车辆隐私的前提下显著提升了车辆验证效率降低了基站能耗具有更高的安全性。论文看点整理如下文。

01 系统架构

02 零知识证明

零知识证明分为交互式还是非交互式但无论是哪种方式都要遵循以下3点安全特性

1如果证明者是合法的那么验证结果一定是接受不会出现拒绝的情况

2如果证明者不合法那么验证者接受的概率极小可以忽略不计

3验证完毕后验证者无法通过交互的数据获取任何证明者的隐私。

03 方案介绍

1基于2次剩余的车辆身份验证

a. 初始化阶段

在新车上路前交管部门会赋予车辆标签和通信密钥。基站和验证服务器维护并使用这些数据对车辆身份进行验证同时基站也会用这些数据计算证据向车辆证明自己身份的合法性。

b. 验证阶段

2冗余算力激励机制

将基站服务范围内的RSU和停泊的车辆统称为边缘算力这些边缘算力具有异构的计算能力、可信度和参与意愿。基站需要给出合理的报酬从而激励边缘算力帮助基站完成车辆验证任务。相比于固定在路边的RSU停泊的车辆随时可能会离开基站范围如果贸然将验证任务部署给停泊的车辆就有可能导致验证中断。另外停泊车辆为保证自身隐私安全不会将自己的行程计划暴露给基站这就导致基站和停泊车辆之间存在信息不对称。

基站为降低验证能耗和提升验证效率建立了基于契约理论的路侧冗余算力激励机制基站在信息不对称的情况下邀请RSU和停泊的车辆参与车辆身份验证并给予报酬。

3区块结构

4安全性分析

恶意车辆没有在交管部门的授权下进行初始化导致无法获得公共参数和真实车辆密钥使得恶意车辆在验证过程中无法生成基站预期的身份证据最终被判定为非法接入。

在通信过程中如果存在恶意攻击者截获交互数据其也只能获得被加密的车辆隐私无法对车辆隐私信息进行破解和修改。另外辅链中维护的车辆伪标签tag与车辆真实身份无关不会造成车辆隐私泄露。因此合法车辆按照验证策略生成的身份证据一定会达到验证算法的预期且不会泄露隐私信息。

04 仿真实验







05 结束语

面向6G零信任车联网提出一种可信接入方法与安全架构从而解决了零信任网络环境下的车辆验证与授权问题。车辆和基站之间通过计算身份密钥的2次剩余和哈希值得到身份证据通过交换证据与验算决定是否通过身份验证。基站为降低验证能耗和提升验证效率建立了基于契约理论的路侧冗余算力激励机制基站在信息不对称的情况下邀请RSU和停泊的车辆参与车辆身份验证并给予报酬。另外为提升验证策略跨域性能和避免车载任务因为身份验证而中断使用主链和辅链相结合的双层区块链搭建车辆与基站之间的信任桥梁。通过安全性分析和与现有方法比较所述方法在不泄露车辆隐私的前提下显著提升了车辆验证效率降低了基站能耗具有更高的安全性。由于6G车联网业务更加密集进一步降低身份验证的时延是接下来研究工作的重点。