基于双区块链架构的车联网去中心化切换认证方案

《Scientific Reports》：Decentralized handover authentication for internet of vehicles based on dual blockchains

　　

摘要

在车联网（IoV）中，车辆通过开放无线信道与路侧单元（RSU）通信，频繁的切换构成了关键的安全面。我们提出一种基于双区块链架构的去中心化切换认证方案，该方案根据认证状态的范围和生命周期对其进行分离。全局区块链维护长期身份和公钥，而地理上相邻的RSU之间共享的本地区块链则存储短期的切换令牌。这种分离使得组内和组间切换认证成为可能，无需预共享的RSU间密钥或安全的RSU间信道，同时避免了临时凭证的全局复制。我们在实际拜占庭容错（PBFT）故障界限下，对常规威胁和区块链特定威胁进行了非正式的安全性分析，在真实或随机模型中证明了会话密钥安全性，并使用AVISPA验证了该协议。通过与区块链辅助的切换方案和近期认证框架的比较，评估了计算和通信开销，进行了PBFT延迟模拟，并在135个场景中进行了基于SUMO的移动性模拟。结果表明，组内切换需要9.721毫秒和1664位，即使存在2.138秒的共识延迟，所有可评估情况下新签发的令牌都能在下一次切换前得到确认，并且每个RSU的令牌存储量随本地区块链组数量的增加而成比例减少。