区块链在车载自组网中的应用研究及展望

车载自组织网络(简称车载网)是一种由车辆节点和路侧节点(基础设施)构成的自组织网络,是智能交通(Intelligent Transport System,ITS)领域的核心技术之一。区块链的分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术可保证车载网中的安全性、可靠性,但是区块链的强一致性和链式结构特点无法满足车载网的两个主要特性,即车辆节点快速移动性和网络不稳定性。文中重点研究区块链在车辆节点移动性和网络不稳定性条件下的节点、存储、跨链、共识等技术特性,分析存在的问题并提出解决方法,最后展望区块链在车载网中的新应用及研究方向,为今后的研究提供参考。     

电力系统工程设计文件代理人网络跨链技术

当前区块链跨链技术存在跨链监管存证更困难、新链接入过程不明确、异构链间数据结构转换复杂等问题。针对这些问题,将节点性能指标和身份评估、异构数据结构转换、点对点自组织网络等技术应用于工程文件数据跨链,提出代理人网络跨链方案。设计代理人节点选举算法,构建代理人跨链网络;明确工程文件数据跨链过程并记录工程文件跨链信息。仿真实验结果表明,该方案能完成工程文件数据跨链过程的实现。     

交通信息分发及查询系统的设计与实现*

车载无线网络技术包括集中式模式及自组织模式。结合了两种模式优点的可扩展车载实时信息发布及信息查询平台是实现各种基于车载无线网络技术的应用基础。V -traffic系统利用基于排序的路况信息分发算法在车载无线自组网上实现高效的路况信息发布,同时利用较可靠的移动通信网络为司机提供路况详情的查询服务。通过对V -traffic系统的现场测试及对该系统核心分发算法的仿真测试,验证了系统的实用性与可扩展性。作为一个演示系统,V-traffic系统实现了可扩展的车载实时信息发布平台及信息查询平台的框架。     

基于区块链的5G物联网数据共享方案

海量的物联网数据拥有巨大价值,而现有基于云的数据共享机制,面临单点故障、内部泄露等问题,无法确保用户数据的安全共享。为实现高效可信的数据共享,利用区块链技术,提出了基于区块链的5G物联网数据共享方案。该方案首先设计了数据共享框架和数据共享流程;然后基于闪电网络方案,提出了面向物联网数据共享的链下交易机制。实验分析表明,基于区块链的5G物联网数据共享方案具有较强的抗攻击能力;基于闪电网络的交易机制,能够大幅提高交易吞吐量、降低交易时延。     

基于分组转发状况的车载自组织网络路由算法研究

路由协议算法是车载自组织网络的一个重要研究方向.目前多数车载自组织网络路由协议算法根据一些间接表征因素(如源到目的节点的最短距离、车流量密度等)来判断最优转发路径,但是这些表征因素还都停留在理论假设阶段,能否反应真实的路况、表示实事上最优的路径并无定论.提出一种基于分组转发状况的车载自组织网络路由协议算法,旨在根据分组...     

基于门限签名的分布式预言机链下共识方案

为解决现有分布式预言机网络链上共识方案存在的区块链网络压力大、共识效率低等问题,提出一种基于门限签名的分布式预言机链下共识方案。基于(t,n)门限签名技术和Schnorr签名算法,设计包含密钥生成、签名生成、签名验证和预言机奖励4个阶段的共识流程。各预言机节点在链下达成共识后,由一个节点将聚合后的单一数据和可验证签名发送到区块链,在保证上链数据可信性的同时,减缓了区块链网络压力,提高了共识效率。给出方案实施的具体步骤并证明方案的正确性和安全性。实验结果表明,该方案具有较好的有效性和实用性。     

基于区块链的车载自组网车与基础设施快速切换认证方案

针对车载自组网（VANET）中车辆通信面临的安全风险挑战以及车辆进入新的基础设施覆盖范围时需要进行复杂的身份重新认证问题,提出基于区块链的车载自组网V2I(Vehicle-to-Infrastructure)快速切换认证方案。该方案利用区块链去中心化、分布式和防篡改的特性,实现车辆认证信息的存储与查询;使用令牌机制,减少区块链查询次数,简化路边单元（RSU）切换认证阶段的认证过程,在后续的认证过程中只需检查令牌的有效性,实现了RSU的快速切换认证;采用了批量认证方法,能有效减少认证过程中的计算开销,提高消息认证效率;另外,可以实现对恶意车辆的追溯与撤销,并及时更新车辆的匿名身份,保证车辆的匿名性。相较于匿名批量认证方案、全聚合认证方案、无证书聚合签名方案、基于区块链的认证方案,所提方案在消息认证耗时上缩短了约51.1%、77.45%、77.56%和76.01%。实验结果表明,该方案能够有效降低车载自组网中的计算开销和通信开销。     

基于区块链技术的车联网高效匿名认证方案

针对车联网（IOV）中心化认证效率低和隐私保护差的问题,提出一种基于区块链技术的高效匿名认证方案。该方案基于IOV开放、自组织、快速移动的特点,利用区块链技术防篡改和分布式的特性来完成车辆临时身份的生成和区块链存储。车辆相互通信时,通过触发智能合约实现高效匿名的双向身份认证。实验结果表明,在认证效率上,与传统公钥基础设施（PKI）认证、假名授权身份认证相比,随着验证量的增加,所提方案的匿名身份认证的时延增长较慢,效率较高;在安全性能上,所提方案中存入区块链的临时身份具有不可篡改、不可否认、可追溯等特点。所提方案中,恶意车辆身份可回溯并进行权限控制,并且,公钥密码体制和数字签名技术保证了通信数据的保密性和完整性。     

面向无人驾驶地图更新的安全信任管理方案

地图的实时性和准确性在无人驾驶车辆导航中发挥着重要作用。基于卫星图像的数字地图能够保证地图中道路信息的准确性,但是根据相关路况信息进行实时更新时,由于车辆用户数较多且来源复杂,因此无法确保数据的安全性和可靠性。提出一种基于区块链的认证与信任管理方案。利用无证书签名技术实现车辆的匿名认证,保证车辆身份的可验证性和不可否认性。设计基于区块链的信任管理机制,通过存储在区块链上的历史信任值计算路况消息的可信度,同时将可靠的路况信息发送给地图更新服务器,根据车辆提供信息的真实与否更新车辆信誉值,实现车辆信誉的同步与更新。从计算开销、通信开销和信任管理功能等方面验证了该方案的有效性。仿真结果表明,该方案具有较高的地图更新效率和防骗能力,能够确保数据来源的安全性和可靠性,为无人驾驶车辆提供实时路况更新服务。     

基于区块链技术的车联网高效匿名认证方案

针对车联网（IOV）中心化认证效率低和隐私保护差的问题，提出一种基于区块链技术的高效匿名认证方案。该方案基于IOV开放、自组织、快速移动的特点，利用区块链技术防篡改和分布式的特性来完成车辆临时身份的生成和区块链存储。车辆相互通信时，通过触发智能合约实现高效匿名的双向身份认证。实验结果表明，在认证效率上，与传统公钥基础设施（PKI）认证、假名授权身份认证相比，随着验证量的增加，所提方案的匿名身份认证的时延增长较慢，效率较高；在安全性能上，所提方案中存入区块链的临时身份具有不可篡改、不可否认、可追溯等特点。所提方案中，恶意车辆身份可回溯并进行权限控制，并且，公钥密码体制和数字签名技术保证了通信数据的保密性和完整性。     

基于身份聚合签名的车载自组网消息认证方案

车载自组网(VANET)能提高智能交通系统的安全性和道路通行效率,然而网络通信环境的开放性使其容易遭受攻击进而引发各种安全问题。针对VANET中的隐私泄露和签名验证效率较低等问题,结合基于身份的密码体制和聚合签名技术,设计一个面向VANET的消息认证方案,将多个消息的认证聚合为一个短签名,车辆只需对聚合后的签名进行验证,即可快速判断所有签名的有效性。分析结果表明,在随机预言模型下,该方案的安全性规约于计算Diffie-Hellman困难问题,且能有效缩短车辆对通信消息的认证响应时间。     

车联网中基于雾计算和多TA的条件隐私保护认证方案

车联网在生活中扮演着越来越重要的角色,它可以有效地防止交通拥堵从而减少交通事故。然而,在车联网中总是有非法车辆试图接入车联网并发布虚假消息。此外,现有方案多数存在计算效率低下的问题。针对上述存在的问题进行了研究,提出了一种车联网中基于雾计算和多TA的条件隐私保护认证方案。在保护车辆用户身份的条件下实现了车辆、雾节点、TA三者之间的身份认证,且在车辆追踪阶段可以还原车辆用户的真实身份,从而实现条件隐私保护。雾计算的使用降低了方案的计算和通信开销,同时多TA模型的使用也解决了单TA单点故障的问题。安全性证明和性能分析的结果表明该方案是安全且高效的。最后对当前方案进行了总结以及对未来研究作出了展望。     

车载自组网中可证明安全的无证书批认证方案

车载自组网(VANET)可以有效提高交通安全,但在其大量部署前必须解决安全和隐私问题。为此,提出一个VANET中有效的无证书批认证方案来解决传统基于身份的认证方案中存在的密钥托管问题。系统主密钥不预先装载到车辆的防窜改设备中,减少方案的安全性对防窜改设备的依赖;不采用计算量大的双线性对来减少计算开销;利用批认证算法提高认证效率。安全性分析表明,提出的方案在随机预言模型中是可证明安全的;与以往的方案相比,该方案在计算成本和通信成本方面具有较低的开销,适用于实际的VANET环境。     

RSU-based message authentication for vehicular ad-hoc networks

Message authentication that ensures a message is genuine and verifies the source of the sender is a key issue in vehicular ad hoc networks (VANETs). Because messages may provide life-critical traffic information or emergency messages transmitted by unfamiliar sources. Because the vehicle in a VANET transmits messages in real-time in a high-mobility environment, traditional PKI security schemes are not suitable for VANET. The use of roadside units (RSUs) makes message authentication in VANET easy, but it also causes two problems and needed to be solved: how to authenticate messages transmitted between two different RSU ranges, and how to hand off messages for the vehicles moving across different RSU communication ranges. This paper proposes a comprehensive message authentication scheme that enables the message authentication within intra and between inter RSU ranges and hand-off between different RSUs. The proposed scheme balances the overhead for computation and communication with security against attacks. Efficiency analysis and comparison with related works demonstrate that the proposed scheme is a superior message authentication method for VANET.     

Offloading mobile data traffic for QoS-aware service provision in vehicular cyber-physical systems

Owing to the increasing number of vehicles in vehicular cyber-physical systems (VCPSs) and the growing popularity of various services or applications for vehicles, cellular networks are being severely overloaded. Offloading mobile data traffic through Wi-Fi or a vehicular ad hoc network (VANET) is a promising solution for partially solving this problem because it involves almost no monetary cost. We propose combination optimization to facilitate mobile data traffic offloading in emerging VCPSs to reduce the amount of mobile data traffic for the QoS-aware service provision. We investigate mobile data traffic offloading models for Wi-Fi and VANET. In particular, we model mobile data traffic offloading as a multi-objective optimization problem for the simultaneous minimization of mobile data traffic and QoS-aware service provision; we use mixed-integer programming to obtain the optimal solutions with the global QoS guarantee. Our simulation results confirm that our scheme can offload mobile data traffic by up to 84.3% while satisfying the global QoS guarantee by more than 70% for cellular networks in VCPSs.     

The Relative Mobility of Vehicles Improves the Performance of Information Flow in Vehicle Ad Hoc Networks

Vehicular ad hoc networks (VANET) are receiving significant attention due to their potential to provide a wide range of benefits. One key distinguishing feature of VANET from other ad hoc networks is their relative vehicular mobility. Therefore, to fully understand the significant benefits of these systems, it is necessary to understand the interaction between traffic flow characteristics and information propagation in VANET. This research presents an analytical model to characterize information flow in VANET incorporating macroscopic traffic characteristics, such as traffic density, relative speed between adjacent lanes, and driver composition. The information flow in VANET is characterized using an information flow network (IFN). The analytical expressions for the expected degree of the individual nodes as well as the reachability of an IFN are provided. Moreover, a state of the art simulation model is developed to validate the analytical results. The proposed analytical results not only provide us significant insights to evaluate the performance of information propagation in VANET, but also provide theoretical basis for the design of algorithms for the efficient routing of information based on average end-to-end performance.     

车联网RSU单元下行流量的性能研究

基于802.11p/WAVE的车联网是一项涉及道路交通、无线通信、自组织系统等多学科综合性的技术领域,车联网中,RSU单元可作为AP,让在行驶的汽车中的人们可以随时随地接入Internet,其中,如何建立RSU单元的下行流量模型是一个关键问题.通过引入车辆密度概率质量函数,分析车联网MAC层车辆通过RSU设备访问Internet的信道竞争情形,提出了适用于高速公路交通场景的RSU单元网络吞吐量模型,并推导出RSU上行及下行流量的性能解析式.针对RSU单元通信范围有限、相邻RSU单元之间可能存在盲区的问题,提出了一种利用同向行驶的车辆协助数据下载的VCoDS方案,以达到提高某时间段RSU的下行流量的目标.仿真实验结果证实,VCoDS方案可有效提高RSU单元的下行流量.     

车载自组织网络中并发广播冲突研究

车载自组织网络(VANET)是移动自组织网络(MANET)在车辆通信领域的特殊应用.其通过专用短程通信(DSRC)技术为车-车(V2V)、车-路(V2I)基单元提供安全可靠的通信服务.然而,VANET网络内广泛存在的并发广播冲突问题使得车辆频繁丢失数据包,遭受潜在的交通安全隐患.针对并发广播冲突问题,目前已有较多的解决...     

车载自组网中可撤销的聚合签名认证方案

为解决车载自组网(VANET)面临的通信安全和隐私保护方面的问题,提出了一种车载自组网中可撤销的聚合签名认证方案.该方案通过匿名认证保障用户隐私,通过使用防篡改设备和聚合签名技术提高认证效率.为实现车辆撤销,要求车辆使用路边单元发放的成员密钥生成签名,当车辆进入路边单元的通信范围时,路边单元实时审查车辆身份,拒绝为撤销...     

Mobility analysis in vehicular ad hoc network (VANET)

This paper focuses on vehicle mobility analysis in VANET. The performance of vehicle mobility in terms of average inter-vehicle link available time and the average number of inter-vehicle link changes for maintaining an active link in VANET is analyzed using both handover model and random moving model, respectively. The theoretical analysis is verified by simulation experiments. The numerical results indicate that the analytical random moving model is able to appropriately present the behavior of vehicle moving under different conditions, especially when mobile vehicle is moving relatively fast. On the other hand, the effect of traffic conditions on the accuracy of theoretical analysis is also investigated.