抗量子区块链辅助无证书车联网认证与三方密钥协商方案

《Expert Systems with Applications》：Quantum-resistant Blockchain-assisted Certificateless Authentication and three-party Key Agreement Scheme for VANET

本文提出一种创新的抗量子区块链辅助无证书认证三方密钥协商方案（BCL-3AKA），通过融合格密码（Lattice-based Cryptography）、区块链智能合约与无证书机制，有效解决车联网（VANET）中密钥托管、量子攻击威胁及通信开销高等核心问题。方案采用自动化密钥管理规避陷门生成算法，经安全验证显著提升V2R通信效率，为高动态车联环境提供安全高效的未来通信框架。

　　

亮点（Highlight）

本研究通过整合抗量子格密码学与区块链技术，构建了专为车联网（VANET）设计的无证书认证与三方密钥协商方案（BCL-3AKA）。该方案创新性地规避了传统密钥生成中心（KGC）的陷门生成算法，有效防御恶意KGC攻击，同时利用智能合约实现密钥的自动化验证与管理，显著提升系统透明性与抗篡改能力。

安全性分析（Security Analysis）

本节通过形式化与非形式化安全分析验证BCL-3AKA方案的安全性。形式化证明表明，该方案在随机预言模型（ROM）下可达到可验证安全，成功抵御量子计算攻击、密钥泄露及中间人攻击等威胁。非形式化分析进一步证实其能够保障车辆与路侧单元（RSU）间数据的机密性与完整性。

性能分析（Performance Analysis）

BCL-3AKA在计算开销、通信开销及吞吐量方面均优于现有格密码基无证书密钥协商方案（如Gong & Hu (2024)、Islam & Zeadally (2020)等）。实验结果表明，本方案通过优化密钥生成与签名流程，显著降低延迟敏感型车联应用的资源消耗，适用于高动态通信场景。

结论（Conclusion）

BCL-3AKA通过融合抗量子特性与无证书密码学，为车联网通信提供了一种高效、可扩展的安全框架。区块链与智能合约的引入实现了密钥管理的自动化与去中心化，而格密码技术则确保了方案的前瞻性抗量子能力。该研究不仅推动了车联网安全技术的发展，也为其他开放网络环境提供了可借鉴的解决方案。