基于区块链与深度强化学习的5G智能城市物联网设备间安全认证模型研究

本文创新性地提出DQN-SecAuth认证模型，将区块链（BC）技术与深度Q网络（DQN）相结合，解决5G智能城市中物联网（IoT）设备间通信（D2D）的安全隐患。通过自适应密钥生成、轻量级加密（含Chebyshev多项式/XOR运算）和分布式架构，显著降低计算开销（内存42.897Mb，延迟0.469s），为动态IoT环境提供抗单点故障攻击的解决方案。

　　

研究亮点

本研究开创性地将深度强化学习融入区块链架构，开发出动态密钥生成引擎DQN-SecAuth。其革命性在于：

1）首度采用深度Q网络（DQN）实现自适应密钥演化，破解传统静态密钥易破解困局

2）构建"区块链+轻量加密"双保险机制（含Chebyshev多项式哈希/XOR位运算），能耗仅0.715J

3）实现微秒级共识延迟（0.420s）与超高吞吐量（0.804Mbps），完美适配医疗物联网等实时场景

系统模型

在智能城市战场中，我们部署了三级防御网：

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  前线：具备生物识别能力的IoT设备军团（如环境监测传感器）

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  中坚：网关节点（GWN）担任区块链哨兵，执行设备身份核验

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  后方：注册中心（RAC）作为指挥塔，通过私有链分布式账本管理密钥基因库

DQN-SecAuth实战演练

五步认证协议如同精密的外科手术：

1）初始化：注射加密疫苗（植入公钥/哈希种子）

2）注册：设备"指纹"（特征参数）永久刻录至区块链DNA

3）密钥进化：DQN神经网络持续变异密钥序列，堪比免疫系统动态防御

4）身份对决：Chebyshev多项式挑战-响应机制，0.27kWh极低功耗完成身份活检

5）新兵招募：支持热插拔设备安全入网，满足疫情监测等突发需求

性能解码

在模拟智慧医院环境中，该模型展现出惊人数据：

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  计算速度较传统方法提升3倍（9.525s完成全认证周期）

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  抗DDoS攻击能力如同"加密白细胞"，成功拦截99.2%的伪装攻击

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  能量消耗相当于1次心脏起搏（0.715J），完美适配植入式医疗设备

结论

这项生物启发式认证体系重新定义了IoT安全标准，其DQN驱动的"活体密钥"技术，为智能城市构建了具备自我进化能力的免疫防线，特别在远程医疗和应急响应场景展现革命性优势。