bài tập lớn thông tin di động Giao thức chia sẻ thông tin sự kiện dựa trên blockchain trên internet của các phương tiện cho các thành phố thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG Đề tài Giao thức chia sẻ thông tin sự kiện dựa trên blockchain trên internet của các phương tiện cho các t.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG Đề tài: Giao thức chia sẻ thông tin kiện dựa blockchain internet phương tiện cho thành phố thông minh Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Quang Vinh Sinh viên thực hiện: Nhóm Hà Nội, 5/2021 GIAO THỨC CHIA SẺ THƠNG TIN SỰ KIỆN DỰA TRÊN BLOCKCHAIN TRÊN INTERNET CỦA CÁC PHƯƠNG TIỆN CHO CÁC THÀNH PHỐ THÔNG MINH Hệ thống giao thông thông minh ứng dụng tiên tiến nhằm cung cấp thông tin ùn tắc, tai nạn giao thông, thông tin khẩn cấp cho phương tiện khác, v.v Trong hệ thống giao thông truyền thống, đơn vị bên đường (RSU: road-side unit) đóng vai trị quan trung tâm có vai trị quan trọng vai trị trì thứ mạng Để giải điểm lỗi (single point of failure) để đạt tính bất biến liệu, mạng giao thông phi tập trung dựa blockchain cần thiết quan trọng Để chia sẻ thông tin quan trọng tất đơn vị bên đường, thiết kế mạng đặc biệt dành cho xe cộ phi tập trung dựa blockchain mà hỗ trợ thuộc tính bất biến liệu Chúng thiết kế giao thức chứng thực cho người dùng phương tiện chế đồng thuận để xác thực giao dịch Ngoài ra, chế hợp đồng thông minh đề xuất Các phân tích bảo mật khơng thức xác nhận thuộc tính ẩn danh với yêu cầu bảo mật khác Chúng tính tốn thảo luận chi phí giao tiếp, tính tốn lưu trữ chương trình đề xuất 1.1 Giới thiệu chung Trong thập kỷ gần đây, phương tiện thông minh tự vận hành gia tăng nhanh chóng Nguồn gốc cơng nghệ đại cảm biến, Internet of Things (IoT) cho phép thiết bị thông minh cung cấp sân chơi dành cho phương tiện đô thị thông minh tảng hệ thống giao thông thông minh (ITS: intelligent transportation system) [1] Mục tiêu ITS cải thiện hiệu hệ thống giao thơng đảm bảo an tồn an ninh cho người lái xe người Tính vận hành phương tiện thông minh tự động hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ người lái xe, giao tiếp thiết bị thông minh với phương tiện thông minh khác (IV: intelligent vehicle) Trong mạng lưới giao thông đặc biệt (VANET: vehicular ad-hoc networks), IV trang bị mô-đun giao tiếp cảm biến mà qua IV thu thập thơng tin cần thiết phát tới IV khác đơn vị bên đường (RSU) Mục tiêu Internet-of-vehicle (IoV) phát thông báo kiện nguy hiểm trạng thái tốc độ người lái xe, báo cáo tai nạn, báo cáo nguy môi trường thông báo kẹt xe, v.v tới phương tiện lân cận RSU thời gian ngắn với độ xác cao Sự diện phương tiện độc hại kẻ công hệ thống VANET cản trở trình nêu Kẻ cơng phát thơng báo kiện sai để đánh lừa phương tiện khác kết thông báo kiện thực phổ biến cách cho phương tiện RSU khác [2] Do đó, tính xác thực tin VANET quan trọng Sự xuất IoV đóng vai trị thiết yếu việc cứu mạng người lái xe cách phổ biến thơng điệp quan trọng Trong tình hình tại, có ba loại giao tiếp tồn hệ thống VANET Loại xem xét phương tiện, thường gọi giao tiếp xe với xe (V2V: vehicle-to-vehicle) [3] Giao tiếp V2V vận hành cách sử dụng on-board units (OBU) Loại giao tiếp thứ hai tồn phương tiện RSU, gọi phương tiện với sở hạ tầng (V2I: vehicle-to-ỉnastructure) Các RSU có nhiều khả tính toán lưu trữ phương tiện Loại giao tiếp thứ ba tồn phương tiện người người xe đạp, gọi phương tiện giao thông với thứ (V2X: vehicle-to-everything) Ở đây, thứ đại diện cho người bộ, người xe đạp, v.v Về nguyên tắc, hệ thống VANET khơng tn theo cấu hình kiến trúc liên kết Tất phương tiện trang bị cảm biến (hoặc nút) mà qua phương tiện thu thập liệu truyền đến phương tiện khác RSU Để tham gia vào trình chia sẻ liệu hệ thống VANET, thông báo kiện quan trọng cần phải truyền xác đến IV RSU Thơng báo kiện phân loại thành ba loại chính: loại thứ bao gồm thơng điệp thơng báo bình thường Những thông báo chẳng hạn trạng thái lái xe phát mạng theo khoảng thời gian lặp lại đặn Loại thứ hai bao gồm thơng báo thơng báo an tồn Các thơng điệp tức thông điệp tai nạn thông điệp nguy hiểm môi trường phát kiện quan trọng xảy đường Cuối tin nhắn tiếp xúc Những thông báo phát kẻ công xâm nhập vào mạng cố gắng giao tiếp với thực thể khác mạng [4] Trong hệ thống VANET truyền thống, thông điệp truyền tới IV RSU qua kênh khơng an tồn, có khả cao bị kẻ công ngăn chặn điều chỉnh Các thông báo kiện thu thập RSU chúng lưu trữ liệu tảng server đám mây, tạo thành sở liệu tập trung Phương thức tập trung hệ thống VANET truyền thống dẫn đến vấn đề bảo mật cơng độc hại tập trung Do đó, vấn đề rị rỉ liệu xảy bị cơng tác động đối thủ Vì số lượng IV tăng lên ngày, chi phí bảo trì cho sở liệu đám mây tập trung tăng lên, tốn nhiều thời gian Trong khu vực có mật độ xe cộ cao, RSU bị q tải với tài ngun tính tốn mặt khác, khu vực mật độ thấp, tài nguyên tính tốn RSU rảnh [5] Giao tiếp khơng dây hệ thống VANET bao gồm phương tiện bất hợp pháp phát thông báo kiện giả tới IV RSU khác trình chia sẻ liệu làm gián đoạn trình truyền bình thường Thơng tin giả mạo gây tai nạn giao thông nghiêm trọng Để giải thách thức này, cần thiết kế hệ thống lưu trữ phi tập trung chế blockchain có khả giải thách thức Để cung cấp quyền riêng tư tin cậy, nguyên tắc mã hóa sau phải hệ thống VANET đáp ứng [2] • • • • • • • • Tính xác thực: Tất thực thể hoạt động phương tiện phải xác minh trước truy cập dịch vụ từ hệ thống VANET Tính khơng bác bỏ: Các thực thể hoạt động tham gia vào q trình chia sẻ liệu, khơng thể bị từ chối hoạt động liệu Tính trực: Thông báo kiện gửi thực thể hoạt động hệ thống VANET không bị thay đổi thực thể tham gia khác thực thể độc hại Tính riêng tư: Danh tính phương tiện giữ kín truyền thông điệp kiện quan trọng đến phương tiện RSU khác Tính khả dụng: Các thực thể hoạt động gửi chi tiết kiện quan trọng cho thực thể khác lúc nào, bất chấp kiện sai điều kiện xấu Ngồi ra, chúng có khả đối phó với cơng mà cung cấp dịch vụ Tính tin cậy: Các thực thể hoạt động sử dụng ngun tắc mã hóa (ví dụ lược đồ mã hóa, hàm băm, v.v.) để truyền liệu bí mật đến thực thể tham gia khác Tính truy xuất nguồn gốc: Đây khả truy tìm danh tính thực phương tiện phương tiện gửi thơng tin chi tiết kiện quan trọng sai cho phương tiện RSU khác Tính hiệu mạnh mẽ: Các phương tiện hoạt động sử dụng thuật tốn nhỏ chi phí chung để chuyển chi tiết kiện sang phương tiện RSU khác Tuy nhiên, thông báo kiện quan trọng phải gửi đến phương tiện RSU thời gian thực để thực phân tích thơng báo thực hành động tương ứng 1.1.1 Tầm quan trọng blockchain VANET Những nguyên nhận phải sử dụng blockchain hệ thống VANET liệt kê • Hệ thống VANET dựa blockchain cung cấp an toàn tin cậy hệ thống VANET có mà khơng cần bên thứ ba đáng tin cậy (hoặc quan trung ương) • • • • • Nó cung cấp hệ thống lưu trữ liệu phi tập trung an toàn đáng tin cậy Nhờ vậy, vấn đề lỗi điểm (single-point failure) khơng tồn Nó cung cấp tính ẩn danh có điều kiện để bảo tồn danh tính phương tiện phương tiện chia sẻ thông tin chi tiết kiện quan trọng với phương tiện RSU khác Nó cung cấp khối có thứ tự thời gian bất biến Nó cho phép xác nhận xác minh thông báo kiện quan trọng nhiều phương tiện dựa chế đồng thuận Nó cung cấp minh bạch hệ thống VANET tất thực thể hoạt động có blockchain 1.1.2 Những đóng góp Những đóng góp báo bao gồm: • Một khn khổ cho hệ thống VANET với công nghệ blockchain cung cấp độ tin cậy cho tin quan trọng đề xuất báo • Để cung cấp độ tin cậy tin, giao thức chứng thực phương tiện thiết kế server đám mây sau thuật tốn đồng thuận sử dụng để đảm bảo • Chúng tơi thiết kế thuật tốn hợp đồng thơng minh phương tiện hệ thống đề xuất • Các phân tích bảo mật chứng minh giao thức không bị ảnh hưởng công liên quan đạt tất tính chất cần thiết tính tồn vẹn, xác thực, v.v 1.1.3 Cấu trúc báo Phần lại báo tổ chức sau: Phần cung cấp tổng quan ngắn gọn blockchain bao gồm tính bật blockchain, loại blockchain khác nhau, cấu trúc khối, chế hợp đồng thơng minh, thuật tốn đồng thuận ứng dụng blockchain lĩnh vực khác Phần mô tả vấn đề liên quan dựa chế blockchain hệ thống VANET Phần giải thích chương trình đề xuất Phần bao gồm ba giai đoạn kế hoạch đề xuất với chế hợp đồng thông minh phương tiện Phần trình bày phân tích bảo mật giao thức đề xuất Phần trình bày đánh giá hiệu suất giao thức đề xuất Và cuối cùng, phần đưa kết luận cho báo với hướng nghiên cứu tương lai 1.2 Tổng quan blockchain Blockchain công nghệ sổ (ledger) phân tán ngang hàng cho phép trao đổi tài sản số mà không cần quan trung ương Các nút mạng blockchain phân phối tồn mạng khơng kiểm sốt chúng Việc loại bỏ quyền lực trung tâm cung cấp tin cậy tất nút Các nguyên tắc ghi lần đọc sử dụng chế blockchain Một tài sản số lưu trữ mạng blockchain, khơng thay đổi Thuộc tính gọi tính bất biến Do đặc tính bất biến blockchain, trở thành công nghệ đột phá Tài sản số xác minh phần lớn nút có mạng blockchain Vào khoảng năm 2008–09, lần blockchain giới thiệu người có tên Satoshi Nakamoto ông giới thiệu tiền điện tử bitcoin [6] Cơng nghệ blockchain sử dụng để chuyển đổi nhiều loại ứng dụng bao gồm hệ thống chuỗi cung ứng, chứng giáo dục, hồ sơ y tế điện tử, hồ sơ nhân dân phủ, hệ thống VANET, hệ thống du lịch du lịch, v.v Cơ chế blockchain [7] cung cấp thuộc tính sau: • Tính bất biến: Thuộc tính bất biến tính cốt lõi chế blockchain Một tài sản số lưu trữ mạng blockchain, không thay đổi Các khối kết nối với khối trước cách sử dụng hàm băm mật mã tất khối xếp theo thứ tự thời gian, việc tác động lên khối gần xảy hệ thống dựa blockchain • Tính phân tán: Các nút tham gia phân phối tồn cầu mạng khơng Hình 1: Cấu trúc khối (block) blockchain có quan trung ương kiểm sốt mạng Bất kỳ nút tham gia vào mạng dựa blockchain sau tham gia, nút đồng hóa với nút khác để có hợp lệ cập nhật blockchain • Sổ chung: Mỗi thành viên tham gia vào hệ thống dựa blockchain ghi lại giao dịch vào sổ chung Để thêm giao dịch mới, phần lớn thành viên mạng chạy thuật toán để đánh giá xác minh giao dịch đề xuất Nếu họ đồng ý giao dịch hợp lệ, giao dịch thêm vào sổ chung thành viên mạng Vì tất thành viên tham gia có hồn chỉnh blockchain nên khơng thành viên có quyền thay đổi liệu • Theo trình tự thời gian: Blockchain hoạt động thông qua khối đánh dấu thời gian, xếp theo thứ tự thời gian hàm băm bảo mật mật mã sử dụng để kết nối khối Do đó, đối thủ tác động lên khối tất khối theo sau khối bị vơ hiệu • Tính minh bạch: Tất nút người tham gia có giống cập nhật blockchain Do đó, tính minh bạch hồn tồn trì mạng blockchain • Tính tự động: Cơ chế blockchain thông qua giao thức đồng thuận thuật toán mở minh bạch Các giao thức cho phép tất thực thể tham gia hệ thống dựa blockchain trao đổi thông tin cách an tồn • Tính mở: Thơng tin cá nhân nhạy cảm thực thể tham gia vào giao dịch cụ thể mã hóa cơng khai cho tất Do đó, thơng tin dễ kiểm chứng Bất kỳ kiểm tra thông tin lưu trữ mạng blockchain • Cải thiện bảo mật: Một lợi ích quan trọng công nghệ blockchain liên quan đến việc cải thiện bảo mật Nó sử dụng hàm băm bảo mật mật mã thuật tốn đồng thuận mở cho hoạt động Blockchain Bitcoin sử dụng thuật tốn băm an tồn 256 bit thuật tốn proof-of-work (PoW) • Tính tin cậy: Nhờ có tính blockchain, khối lưu trữ tất nút tham gia mạng cách sử dụng chế blockchain quán đáng tin cậy Cách phân loại phổ biến blockchain chia thành hai loại Loại blockchain cơng khai, tham gia mạng thực giao dịch với nút khác Không cần có chấp thuận quan chức khác để tham gia vào blockchain công khai Tiền điện tử bitcoin dựa blockchain công khai Loại thứ hai gọi blockchain riêng tư, số nút chọn tham gia mạng cách sử dụng chế kiểm soát truy cập Trong hai loại mạng blockchain có nút đặc biệt gọi nút khai thác (miner) Nút khai thác có tài ngun tính tốn lớn Cơng việc thợ xác thực khối giải khó khăn mặt tính tốn để tìm giá trị băm khối Các hàm băm mật mã chiều sử dụng để thực nhiệm vụ Khi thực việc này, nút khai thác thưởng Sau xử lý xong giá trị băm khối mới, nút khai thác phát khối cho nút khác Kết tất nút chứa cập nhật chuỗi khối Blockchain công khai sử dụng thuật toán đồng thuận PoW để giải nhiệm vụ [8] Trong chế blockchain, thông tin (hoặc tài sản số) lưu trữ dạng khối Các khối xếp theo thứ tự thời gian blockchain Khối gốc blockchain gọi genesis block Tất khối kết nối với khối tương ứng trước tạo chuỗi khối Mỗi khối bao gồm giá trị băm khối trước đó, mốc thời gian, nonce gốc merkle Gốc merkle giá trị băm tất thông tin thu thập khoảng thời gian cụ thể nút khai thác Giá trị băm merkle có nguồn gốc từ thuật tốn merkle, thuật toán mật mã Mỗi nút khai thác tạo khối mới〈Bi〈 Tiêu đề khối (block header) bao gồm băm khối trước (Ph), gốc merkle (Mr), nonce (N), mốc thời gian (Ti) để tạo khối, phiên khối (Bv), số ngẫu nhiên khó (d) cho giá trị mong muốn hiển thị Hình Nút khai thác cố gắng tìm kiếm giá trị băm khối (Ch), dựa theo giá trị nonce phù hợp (N), nhỏ mục tiêu độ khó 〈d〈 Mục tiêu khó〈d〈 điều chỉnh định kỳ khoảng thời gian Công thức chung cho điều là: H ((Mr) || (Ph) || (Ti) || N) H (.) Hoạt động < E i , R b > cung cấp B Máy chủ đám mây thực phép toán H (.) 〈E i , b 〈, nhận giá trị khác ( ) ( B ) Hơn nữa, kẻ công thay đổi E i thành E j , giữ nguyên danh tính phương tiện ( ID v eh b ) Máy chủ đám mây nhận kết khác với ( B ) Do đó, hai trường hợp, đám mây máy chủ biết ( VEH b ) phương tiện xác thực kiện quan trọng kiện Máy chủ đám mây gửicùng thông báo xác nhận tới ( RSU r ) 1.4.3.2 Xác nhận kiện ( E i ) phương tiện ( VEH i ) Sau nhận thông báo xác nhận từ máy chủ đám mây, RSU tương ứng phát thông tin chi tiết kiện ( E i ) tới phương tiện lân cận khu vực lân cận Sau đó, xe xác nhận kiện quan trọng gửi xác nhận thông báo tới RSU tương ứng Thơng báo xác nhận bao gồm danh tính phương tiện, danh tính RSU số thơng số khác để kiểm tra tính xác thực phương tiện RSU tương ứng chuyển tiếp thông tin lên đám mây người phục vụ Máy chủ đám mây kiểm tra tính xác thực phương tiện, gửi phản hồi đến RSU Các RSU thích hợp định dựa thông báo phản hồi Sau xác thực VEH b máy chủ đám mây, phương tiện khác VEH i RSU r thực thao tác sau: Bước Sau nhận xác nhận từ máy chủ đám mây, RSU r tính H a = H ( E i ) gửi 〈E i , H a〈 đến xe Vehi có miền mà ( i = , , i ) Bước Khi nhận 〈E i , H a〈 , phương tiện khác tính H a = H ( E i ) Bước Nếu ( a = H a ) phương tiện khác xác minh; dù kiện ( E i ) có hay khơng Đối với kiện xác, phương tiện phản hồi 1, ngược lại Bước OBU phương tiện khác VEH i tính D v i = E R i ( TID v eh i ǁ1 ( ) ) , phương tiện khác tính R i cách sử dụng C i Chức PUF gửi 〈ID v eh Vi, ID RSU r , D v i) tới RSU r công khai Bước RSU r chuyển tiếp < ID v eh Vi, ID RSU r , D v i〈 tới máy chủ đám mây Máy chủ đám mây tìm kiếm ID v eh Vi nhớ tìm R i TID v eh Vi Bước Sau nhận R i TID v eh Vi, máy chủ đám mây tính D v i = E R i ( TID v eh i ǁ ( ) ) nơi nối máy chủ đám mây (hoặc) on E R i ( TID v eh i ) Bước Nếu ( v i = D v i ) đúng, máy chủ đám mây gửi thông báo xác nhận đến RSU r ; VEH phương tiện xác thực Bước Máy chủ đám mây trích xuất (hoặc) từ v i tính p q từ tất v i gửi 〈 p, q 〈 đến RSU r cách sử dụng mạng an toàn Bước Khi nhận 〈 p, q 〈, RSU r đưa định (E i) có hay khơng Nếu định có thực thi giai đoạn 3, ngược lại loại bỏ E i Phân tích tính đắn điều kiện ( a = H a ): Tham số ( H a ) phụ thuộc vào phép toán 〈 E i 〈 H (.) Của 〈 E i 〈 cung cấp ( H a ) Để cung cấp tính đắn ( a = H a ), giả sử kẻ công thay đổi kiện E i thành E j Các phương tiện lân cận thực phép tốn H (.) 〈 E j〈 Do đó, tất phương tiện có giá trị khác ( a ) thay ( H a ) Hình 5: Giai đoạn tạo cập nhật khối chương trình Bởi vì, RSU r gửi 〈E i , H a〈 cho phương tiện khác Kết tất phương tiện biết kiện quan trọng khơng xác gửi thơng báo xác nhận tới ( RSU r ) Phân tích tính đắn điều kiện ( v i = D v i ): Trong giao thức đề xuất chúng ta, ( RSU r ) chuyển tiếp 〈ID v eh i , ID RSU r , D v i〈các tham số cho máy chủ đám mây Tham số (D v i ) phụ thuộc vào (TID v eh i ) với nối (hoặc) (R b ) Ở đây, cho biết kiện (E i) kiện xác, cho biết kiện ( E i ) kiện khơng xác Các E (.) Hoạt động ( TID v eh i ) với nối (hoặc) cách sử dụng ( R b ) cung cấp ( D v i ) Để cung cấp tính đắn điều kiện ( D v i = D v i ), giả định rằng, kẻ công thay đổi ( ID v eh i ) giá trị ( Iv eh i) Máy chủ đám mây tìm kiếm ( Iv eh i) nhớ Nếu ( Iv eh i) khơng tồn tại, máy chủ đám mây phản hồi với ( RSU r ), ( Iv eh i) không tồn sở liệu Hơn nữa, khớp với số nhận dạng khác, giá trị tương ứng 〈C i , R i , TID v eh i〈 thay đổi Vì ta coi giá trị 〈i , i , TI v eh i〈 Do đó, máy chủ đám mây thực thao tác E (.) Trên ( Iv eh i) với nối (hoặc) cách sử dụng ( i ) , nhận giá trị khác ( v i ) Do đó, điều kiện bình đẳng ( v i = D v i ) không giữ máy chủ đám mây biết ( VEH i ) phương tiện xác thực kiện ( E i ) kiện xác Quy trình lặp lại với phương tiện lân cận xác nhận kiện ( E i ) Phân tích chứng minh điều kiện bình đẳng ( v i = D v i ) cần thiết để xác nhận kiện ( E i ) để xác thực phương tiện 1.4.4 Giai đoạn tạo khối, xác thực khối cập nhật Đây giai đoạn thứ ba kế hoạch đề xuất, RSU tạo khối truyền phát cho RSU lại để xác nhận khối Sau xác thực thành công khối mới, tất RSU cập nhật chuỗi khối trả lời thông báo xác nhận tới RSU khởi tạo Giai đoạn tạo khối, xác thực khối cập nhật đề xuất khung đưa Hình 1.4.4.1 Tạo khối B i RSU r Khi nhận thông báo xác nhận từ máy chủ đám mây, RSU r định liệu kiện quan trọng có hay khơng tạo khối (B i) tương ứng Khối bao gồm tiêu đề khối nội dung khối Tiêu đề khối chứa chia khối trước ( P h ), gốc merkle ( M r ), nonce ( N ), dấu thời gian ( T i ) để tạo khối, phiên khối ( B V ) số ngẫu nhiên ( d ) cho giá trị mục tiêu mong muốn Phần thân khối chứa kiện quan trọng ( E i ) với danh tính phương tiện RSU(ID v eh Vb, ID RSU r) Hình Cây merkle nhị phân, tạo cách sử dụng (E i , ID v eh Vb, ID RSU r) tham số Phép toán chia H (.) Trên (E i, ID v eh Vb, ID RSU r) cung cấp giá trị gốc ( M r ) merkle lưu trữ khối tiêu đề để tính tốn thêm Các RSU r tính khối chia ( C h ) cho khối < B i > dựa chia khối ( P h ), gốc merkle ( M r ), nonce ( N ) dấu thời gian ( T i ) Cơng thức tốn học để đạt điều là: ( C h ) = H (( P h ) ǁ ( M r ) ǁ ( N ) ǁ ( T i )) Ban đầu, giá trị nonce đặt thành lần lặp, giá trị tăng lên Các giá trị khối ( P h ), ( M r ), ( T i ) chia nhiều lần với giá trị khác ( N ) để tạo số chia phù hợp ( C h ), thỏa mãn độ khó mục tiêu ( d ) 1.4.4.2 Chặn xác thực cập nhật blockchain cho RSU lại Khi khối 〈B i〈 tạo RSU r , RSU r phát khối 〈B i〈 tới RSU i lại , i = , , i để xác thực khối cách sử dụng mật mã khóa cơng khai với chế chữ ký số Các RSU r ý mã hóa khối khóa cơng khai ( PUB rsu i ) , sau sử dụng số phương pháp chữ ký số tiêu chuẩn để làm cho ký Lưu ý rằng, RSU r thực hoạt động cho tất RSU i lại Bây giờ, RSU cịn lại, trước tiên kiểm tra tính xác thực chữ ký cách sử dụng khóa cơng khai RSU r(PUB rsu r), sau giải mã chặn sử dụng khóa riêng RSU i < PRI RSU i > để nhận thông báo ban đầu Sau xác minh, tất RSUi thêm khối < B i > vào blockchain gửi thông báo xác nhận thêm thành công với RSU r Sau thêm khối vào blockchain tất RSU, trình thêm khối bắt đầu có yêu cầu Trình tự bước sau thực để xác nhận khối 〈B i〈 Bước RSU r thực phép toán E (.) Trên 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r > sử dụng ( PUB RSU i ) , áp dụng chữ ký số giá trị mã hóa gửi kết đến RSU i , i = , , i Bước RSUi khác kiểm tra tính xác thực chữ ký cách sử dụng 〈PUB rsu r〈, sau thực thao tác D (.) cách sử dụng 〈PRI rsu i〈 để nhận tham số 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 Bước Để kiểm tra tính toàn vẹn kiện quan trọng 〈E i〈 , RSU i tính tốn ( r ) kết phép toán H (.) 〈E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 kiểm tra xem ( r ) = ( M r ) ? Nếu điều kiện giữ ngun RSUi tính ( h ) , ngược lại kết thúc trình Bước Sau xác thực thành công 〈E i〈 , RSU i tính tốn ( h ) = H (( P h ) ǁ ( M r ) ǁ ( N ) ǁ ( T i )) Bước Nếu ( h ) = ( C h ) đúng, RSU i nhận 〈B i 〈là thêm 〈B i 〈vào chuỗi khối, gửi thông báo xác nhận tới RSU r Phân tích tính đắn điều kiện (( r = M r ) & ( h = C h )): Trong giao thức đề xuất, ( RSU r ) chuyển tiếp 〈C h ,M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 tham số cho tất tham số lại ( RSU i ) tồn mạng Để làm điều này, trước tiên ( RSU r ) áp dụng hoạt động E (.) tham số 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈, sau sử dụng phương pháp chữ ký số tiêu chuẩn giá trị mã hóa Để cung cấp tính đắn (( r = M r ) & ( h = C h )) điều kiện, giả định kẻ công thay đổi vài tham số từ 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 giá trị cập nhật 〈C h , M r , , i , i , I v eh Vb,I RSU r〈 Tất phần lại ( RSU i ) thực thao tác H (.) 〈i , I v eh Vb, I RSU r〈, nhận giá trị ( r ) Do đó, điều kiện bình đẳng ( r = M r ) không giữ, tất ( RSU i ) biết 〈E i〈 kiện hợp lệ Hơn nữa, điều kiện ( r = M r ) giữ, tất phần lại ( RSU i ) thực phép toán H (.) 〈P h , M r , , i 〈và nhận giá trị khác ( h ) Do đó, điều kiện bình đẳng ( h = C h ) không giữ được, tất ( RSU i ) biết 〈B i 〈khơng phải khối Vì giao thức đề xuất, tất ( RSU i ) chứa blockchain, đó, tất ( RSU i ) biết giá trị ( P h ) Quy trình tương tự lặp lại tất RSU để xác nhận 〈E i , B i〈 Phân tích chứng minh điều kiện bình đẳng (( r = M r ) & ( h = C h )) cần thiết để xác nhận khối 1.4.5 Hợp đồng thông minh cho phương tiện Hợp đồng thông minh tập hợp quy tắc quy định mà qua xe tương tác với phương tiện khác Bộ quy tắc lưu trữ phương tiện mạng thực thi phương tiện tương tác với phương tiện khác môi trường blockchain Nói chung, tập lệnh if (this) then (this) based statement, mơ hình máy trạng thái sử dụng để đại diện cho hợp đồng thông minh Bằng cách sử dụng khái niệm tương tự, đề xuất hợp đồng thông minh cho hệ thống mình, hiển thị Hình Các bước làm việc hợp đồng thông minh đề xuất nêu Thuật toán 1.5 Phân tích bảo mật giao thức đề xuất Phần thảo luận phân tích bảo mật giao thức đề xuất để chứng minh cách khơng thức liệu giao thức có bị ảnh hưởng mối đe dọa bảo mật hay không Phần Hình 6: Hợp đồng thơng minh cho phương tiện tương tự thảo luận cách giao thức chúng tơi đạt khía cạnh cần thiết quan trọng khác Trong giao thức chúng tôi, RSU r chuyển tiếp thông số (ID v eh b, ID rsu a, ID rsu r, B, D, E i) thông tin tới máy chủ đám mây cách công khai Chúng ta giả sử đối thủ A lấy thông tin (ID v eh b, ID rsu a, ID rsu r, B, D, E i) từ mạng công cộng, B = H (E iǁ R b) D = E R b (TID v eh b) Ba trường hợp xảy phát sinh Dưới mô tả chi tiết ba trường hợp Thuật tốn 1: Hợp đồng thơng minh làm mơ hình máy trạng thái cho phương tiện Yêu cầu: Các hành động Xác thực, Tương tác, Không hành động, Vi phạm, Kết thúc Đảm bảo: Các thông báo Xác thực Thành công, Không cần Hành động, Lỗi hủy bỏ, 1: (f (Hành động) == Xác thực) 2: In: Báo tin nhắn, xác thực thành công; 3: (f (Hành động) == Không hành động) 4: In: Xe trạng thái cũ không cần thực hành động nào; 5: (f (Hành động) == Vi phạm) 6: In: Báo cáo với thông báo lỗi cho thấy hoạt động sai thực hủy bỏ hoạt động; 7: kết thúc 8: (f (Hành động) == Tương tác) 9: In: Xe giao tiếp với xe khác trao đổi thông tin cần thiết; 10: Kết thúc 11: (f (Hành động) == Kết thúc) 12: In: Quá trình bắt buộc kết thúc; 13: Kết thúc • Trường hợp 1: Giả sử đối thủ A thay đổi kiện Ei thành Ej Đám mây tìm kiếm IDvehb cách sử dụng IDrsua nhớ tìm Rb, TIDvehb Đám mây tính D = ERb (TIDvehb) B = H (Ej Rb) Kết (D = D), (B! = B), đám mây dự đoán số đối thủ A thay đổi kiện Ei Do đó, đối thủ A có tham số IDvehb, IDrsua, IDrsur, B, D, Ei từ mạng công cộng, / ta khơng thể phá vỡ tính bảo mật hệ thống đề xuất • Trường hợp 2: Giả sử đối thủ A thay đổi nhận dạng xe IDvehb thành IDveha Đám mây tìm kiếm IDveha nhớ nhận tham số Ra, TIDveha Đám mây tính D = ERa (TIDveha) B = H (Ei Ra) Kết (D! = D), (B! = B), đám mây dự đoán số đối thủ A thay đổi IDvehb nhận dạng phương tiện kiện Ei Vì vậy, đối thủ A có tham số IDvehb, IDrsua, IDrsur, B, D, Ei từ mạng công cộng, / ta khơng thể phá vỡ tính bảo mật hệ thống đề xuất • Trường hợp 3: Đối thủ A thay đổi nhận dạng xe IDvehb thành IDveha kiện Ei thành Ej Đám mây tìm kiếm IDveha nhớ nhận tham số Ra, TIDveha Đám mây tính D = ERa (TIDveha) B = H (Ej Ra) Kết ((D! = D) & (B! = B)) đám mây dự đoán số đối thủ A thay đổi IDvehb nhận dạng phương tiện kiện Ei Vì vậy, đối thủ A có tham số IDvehb, IDrsua, IDrsur, B, D, Ei từ mạng công cộng, / cô ta phá vỡ tính bảo mật hệ thống đề xuất Trong giao thức đề xuất, RSUr chuyển tiếp (Ei, Ha) tới phương tiện khác RSUr tính Ha = H (Ei), gửi công khai (Ei, Ha) cho phương tiện khác Chúng giả định đối thủ A có thơng tin (Ei, Ha), Ha = H (Ei) Bảng 3: Ý nghĩa ký hiệu sử dụng việc đánh giá hiệu suất Ký hiệu Ý nghĩa Phase-I Phase-II RSU phương tiện đăng kí Phát kiện đánh giá Phase-III Tpf Tạo khối, đánh giá khối cập nhật Thời gian thực thi cho hàm PUF Tpg Te Thời gian thực thi cho hàm PKG Thời gian thực thi cho việc mã hóa Td Th Thời gian thực thi cho việc giải mã Thời gian thực thi cho hàm băm chiều Tc Tsc Thời gian thực thi cho việc tính (p,q) Thời gian thực thi cho việc tạo khóa Tsv Thời gian thực thi cho việc đánh giá khóa Bảng 4: Chi phí tính tốn cho giao thức đề xuất Phases Phase-I RSUa 1Tpf + 1Tpe Phase-II 1Th • Trường hợp 4: Kẻ thù A thay đổi kiện Ei sang Ej truyền sang phương tiện VEHi khác VEHi tính Ha’ = H (Ej) Kết Ha’! = Ha VEHi dự đoán kẻ thù A thay đổi kiện Ei Nên kẻ thù A lấy tham số (Ei, Ha) từ mạng công khai phá vỡ lớp bảo mật thống đề xuất Trong giao thức chúng tôi, RSUr truyền (IDVEHvi, IDRSUr, DVi) tới máy chủ đám mây nơi có Dvi = ERi (TIDvehi) Giả thiết kẻ thù A lấy thông tin (IDVEHvi, IDRSUr, DVi) từ mạng cơng khai • Trường hợp 5: Kẻ thù A thay đổi phương tiện xác minh IDvehi thành IDveha Đám mây tìm kiếm IDveha nhớ nó, lấy tham số Ra, TIDveha Đám mây tính tốn D’vi = ERa (TIDveha || (or) 0) Kết (D’vi! = Dvi), đám mây dự đốn có kẻ thù thay đổi phương tiện xác minh IDvehb Nên kẻ thù có tham số (IDVEHvi, IDRSUr, DVi) phá vỡ lớp bảo mật hệ thống đề xuất 1.6 Đánh giá hiệu suất Phần nói việc đánh giá hiệu suất hệ thống đề xuất theo tiêu chí cấu hình bảo mật, khối lượng tính tốn, chi phi truyền tin, chi phí lưu trữ Các tham số nhân tố quan trọng để đo lường hiệu giao thức xác thực 1.6.1 Chi phí tính tốn truyền tin Để đo lường chi phí tính tốn giao thức đề xuất, đề xuất RSU phương tiện, biết đến RSUa VEHb Bài báo chủ yếu sử dụng hàm băm light-weight, PUF, xa mã hóa khóa công khai(E) giải mã(D) Chúng giả thiết message digest hàm băm Th 128-bit PKG sử dụng để tạo cặp khóa RSUa đám mây CD Có thể giả sử cách lý tưởng độ dài mã xác minh (RSUs (IDrsua, IDrsur), phương tiện IDvehb), mã xác minh tạm thời phương tiện TIDvehb, message digest H(.), tham số (A, B, C, R, D) 128 bit để đo lường chi phí truyền thơng lưu trữ giao thức đề xuất, Trong bảng 4, 5, 6, tương ứng tổng hợp lại chi phí tính tốn, truyền thơng lưu trữ cho phase-I phase-II Trong phase-III, chi phí tính tốn (1Te + 1Td + 4Th + 1Tsc + 1Tsv) RSUr truyền tham số (Ch, Mr, N, Ti, Ei, IDvehvb, IDRSUr) cho RSU Vì RSU thực thi tốn tử cho tất RSU cịn lại, tổng chi phí tính toán (n (1Te + 1Td + 4Th + 1Tsc + 1Tsv)) n số lượng RSU xuất mạng blockchain Trong phase, chi phí truyền thơng (n*1096) bytes, tham số (Ch, Mr, IDvehvb, IDRSUr) chiếm 16 bytes (N, Ti) chiếm bytes tham số Chúng tơi đặt kích thước kiện Ei 1024 byte, chi phí lưu trữ cho khối xấp xỉ 1104 bytes RSU, kích cỡ khối header khối body tương ứng khoảng 80 bytes 1024 bytes Chi tiết kí hiệu sử dụng để ước lượng chi phí tính tốn, truyền thơng, lưu trữ trình bày bảng Bảng 5: Chi phí truyền thơng (bits) giao thức đề xuất Phases Phase-I Phase-II RSUa VEHb 128 1408 RSUa CD 768 1408 Tổng 896 2816 Bảng 6: Chi phí lưu trữ (bits) giao thức đề xuất Phases Phase-I Phase-II RSUa 128 VEHb 896 CD 1024 256 Tổng 2048 256 Bảng 7: Sự tăng trưởng chương trình đề xuất dựa blockchain Năm tháng(GB) 1.301 3.253 5.205 6.506 1.6.2 Vấn đề lưu trữ cho chương trình đề xuất Như trình bày bảng 1, kích thước khối header cho the proposed blockchainbased secure eventinformation sharing scheme 80 bytes, kích Hình 7: Sự tăng trưởng chương trình đề xuất thước tin nhắn kiện 1024 bytes Vì vậy, tổng kích thước khối với giao tiếp đơn lẻ 1104 bytes Để ngăn cản công, giả thiết 120s, khối tạo Vì kích cỡ blockchain với giao tiếp đơn lẻ 776.25KB ngày Chúng nghiên cứu kĩ lưỡng cấu trúc khối cho mạng để hỗ trợ lượng lớn liệu Chúng đề trường hợp khác mà phương tiện RSUs trao đổi thông tin với khối khác cho chu kì thời gian Cơng thức tốn học để tính tốn kích cỡ khối là: Sizeof blockchain = Tx ∗ Bs ∗ T Trong (Tx), (Bs), (T) biểu thị số lượng tin nhắn kiện trao đổi chu kì thời gian, kích thước khối, thời gian (trong đơn vị) Bảng cho thấy ước tính tăng trưởng mạng blockchain với số lượng giao tiếp khác lần Như biểu thị bảng số 7, kích cỡ mạng blockchain phụ thuộc vào tham số, số lượng tin nhắn kiện, thứ hai chu kì thời gian Nếu số lượng tin nhắn kiện tăng tăng trưởng mạng tăng theo 1.7 Kết luận định hướng nghiên cứu Trong báo này, đề xuất kiến trúc phân quyền hiệu dựa blockchain cho việc chia sẻ thông tin kiện tất đơn vị với giúp đỡ máy chủ đám mây Chúng đề xuất giao thức xác thực để đạt xác minh phương tiện cung cấp tin cậy tin nhắn Thêm vào đó, chúng tơi đưa thuật tốn để đánh giá khối cấu trúc thiết kế chế tương phản cho kiến trúc đề Việc phân tích bảo mật giao thức miễn phí liên quan tới cơng kích khả thi, đạt tất khía cạnh cần thiết tính tồn vẹn, tính xác thực, v.v Chúng tơi đề cập đến vấn đề tính tốn, truyền thơng lưu trữ phần tử hiệu giao thức Cuối cùng, kết luận giao thức đề xuất kiểm sốt hiệu việc trao đổi thơng tin kiện theo cách đáng tin cậy bảo mật Giao thức cung cấp minh bạch việc trao đổi tin nhắn kiện phương tiện đơn vị bên đường Trong tương lai, cải thiện bảo mật tiến trình xác minh khối, cải tiến khả mở rộng mạng lưới mạng đặc biệt có hỗ trợ blockchain Tuyên bố lợi ích cạnh tranh Tác giả báo tun bố khơng có xung đột lợi ích Tài liệu bổ sung Tài liệu bổ sung liên quan đến báo tìm online doi:10.1016/j.compeleceng.2020.106719 Tun bố đóng góp qun tác giả CrediT Sanjeev Kumar Dwivedi: Khái niệm hóa, quản lý liệu, phân tích chính, khảo sát, phương pháp luận, quản lý dự án, phần mềm, giám sát, đánh giá, viết – nháp chính, viết – đánh giá sửa đổi Ruhul Amin: Khái niệm hóa, khảo sát, phương pháp luận, quản lý dự án, phần mềm, giám sát, đánh giá, viết – nháp chính, viết – đánh giá sửa đổi Satyanarayana Vollala: Khái niệm hóa, phần mềm, khảo sát, quản lý liệu, đánh giá, viết – nháp chính, viết – đánh giá sửa đổi Rashmi Chaudhry: Phần mềm, khảo sát, đánh giá, viết – nháp chính, viết – đánh giá sửa đổi MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU References [1] Kadam VG, Tamane SC, Solanki VK Smart and connected cities through technologies In: Big data analytics for smart and connected cities IGI Global; 2019 p 1–24 [2] Mokhtar B, Azab M Survey on security issues in vehicular ad hoc networks Alex Eng J 2015;54(4):1115–26 [3] Lu Z, Qu G, Liu Z A survey on recent advances in vehicular network security, trust, and privacy IEEE Trans Intell Transp Syst 2018;20(2):760–76 [4] Zeadally S, Hunt R, Chen Y-S, Irwin A, Hassan A Vehicular ad hoc networks (VANETs): status, results, and challenges Telecommun Syst 2012;50(4):217–41 [5] Zhang X, Chen X Data security sharing and storage based on a consortium blockchain in a vehicular ad-hoc network IEEE Access 2019;7:58241–54 [6] Nakamoto S, et al Bitcoin: a peer-to-peer electronic cash system 2008;39(1):5367 [7] Puthal D, Malik N, Mohanty SP, Kougianos E, Yang C The blockchain as a decentralized security framework [future directions] IEEE Consum Electron Mag 2018;7(2):18–21 [8] Zheng Z, Xie S, Dai H-N, Chen X, Wang H Blockchain challenges and opportunities: a survey Int J Web Grid Serv 2018;14(4):352–75 [9] He X, Qin B, Zhu Y, Chen X, Liu Y Spesc: a specification language for smart contracts In: Proceedings of the 42nd IEEE annual computer software and applications conference (COMPSAC), IEEE; 2018 p 132–7 [10] Mingxiao D, Xiaofeng M, Zhe Z, Xiangwei W, Qijun C A review on consensus algorithm of blockchain In: Proceedings of the 2017 IEEE international conference on systems, man, and cybernetics (SMC) IEEE; 2017 p 2567–72 [11] Mohanta BK, Jena D, Panda SS, Sobhanayak S Blockchain technology: a survey on applications and security privacy challenges Internet Things 2019:100–7 [12] Shrestha R, Bajracharya R, Shrestha AP, Nam SY A new-type of blockchain for secure message exchange in VANET Digit Commun Netw 2019:1–14 [13] Zhang L, Luo M, Li J, Au MH, Choo K-KR, Chen T, et al Blockchain based secure data sharing system for internet of vehicles: a position paper Veh Commun 2019;16:85–93 [14] Kang J, Xiong Z, Niyato D, Ye D, Kim DI, Zhao J Toward secure blockchain-enabled internet of vehicles: optimizing consensus management using reputation and contract theory IEEE Trans Veh Technol 2019;68(3):2906–20 [15] Yang Z, Yang K, Lei L, Zheng K, Leung VC Blockchain-based decentralized trust management in vehicular networks IEEE Internet Things J 2018;6(2):1495–505 [16] Yang Y-T, Chou L-D, Tseng C-W, Tseng F-H, Liu C-C Blockchain-based traffic event validation and trust verification for VANETs IEEE Access 2019;7:30868–77 [17] Kandah F, Huber B, Skjellum A, Altarawneh A A blockchain-based trust management approach for connected autonomous vehicles in smart cities In: Proceedings of the 9th IEEE annual computing and communication workshop and conference (CCWC) IEEE; 2019 p 0544–9 [18] Shrestha R, Bajracharya R, Nam SY Blockchain-based message dissemination in VANET In: Proceedings of the 3rd IEEE international conference on computing, communication and security (ICCCS) IEEE; 2018 p 161–6 [19] Lu Z, Liu W, Wang Q, Qu G, Liu Z A privacy-preserving trust model based on blockchain for vanets IEEE Access 2018;6:45655–64 [20] Li L, Liu J, Cheng L, Qiu S, Wang W, Zhang X, et al Creditcoin: a privacy-preserving blockchain-based incentive announcement network for communications of smart vehicles IEEE Trans Intell Transp Syst 2018;19(7):2204–20 [21] Kang J, Yu R, Huang X, Wu M, Maharjan S, Xie S, et al Blockchain for secure and efficient data sharing in vehicular edge computing and networks IEEE Internet Things J 2018;6:4660–70 [22] Lu Z, Wang Q, Qu G, Liu Z Bars: a blockchain-based anonymous reputation system for trust management in vanets In: Proceedings of the 17th IEEE international conference on trust, security and privacy in computing and communications/12th IEEE international conference on big data science and engineering (TrustCom/BigDataSE) IEEE; 2018 p 98–103.18 S.K Dwivedi, R Amin and S Vollala et al / Computers and Electrical Engineering 86 (2020) 106719 [23] Singh M., Kim S Blockchain based intelligent vehicle data sharing framework arXiv preprint arXiv:1708097212017a;:1–4 [24] Singh M., Kim S Intelligent vehicle-trust point: reward based intelligent vehicle communication using blockchain arXiv preprint arXiv:1707074422017b;:1–4 [25] Mall P, Bhuiyan MZA, Amin R A lightweight secure communication protocol for IoT devices using physically unclonable function In: Proceedings of the International Conference on Security, Privacy and Anonymity in Computation, Communication and Storage Springer; 2019 p 26–35 .. .GIAO THỨC CHIA SẺ THÔNG TIN SỰ KIỆN DỰA TRÊN BLOCKCHAIN TRÊN INTERNET CỦA CÁC PHƯƠNG TIỆN CHO CÁC THÀNH PHỐ THƠNG MINH Hệ thống giao thơng thơng minh ứng dụng tiên tiến nhằm cung cấp thông tin. .. riêng tư dựa blockchain cho phép cho phương tiện đô thị thông minh Các tác giả tập trung vào việc phát tin cậy tin thông báo hệ thống VANET mà khơng tiết lộ danh tính phương tiện Cả phương tiện RSU... tiên giao thông thông minh dựa phần thưởng chế đồng thuận PoW Tương tự, [24], tác giả đề xuất framework tin cậy dựa điểm cho phương tiện thông minh để giao tiếp phương tiện sử dụng công nghệ blockchain