【摘 要】
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随着智能汽车数量的不断递增以及智慧交通概念的提出,车联网作为其基础支撑技术已经开始了飞速发展,但在面对与日俱增的的汽车数量和海量的数据不断产生时,传统的车联网交互模式在密钥管理、数据存储、并发性能和响应速度方面都存在不足,中心化的身份认证和数据存储方式易受到恶意攻击导致单点失效、伪造身份、篡改数据、泄露隐私等问题。为此,本文利用区块链去中心化和不可篡改的特性提出了双链结构的汽车链方案,重点采用智能
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随着智能汽车数量的不断递增以及智慧交通概念的提出,车联网作为其基础支撑技术已经开始了飞速发展,但在面对与日俱增的的汽车数量和海量的数据不断产生时,传统的车联网交互模式在密钥管理、数据存储、并发性能和响应速度方面都存在不足,中心化的身份认证和数据存储方式易受到恶意攻击导致单点失效、伪造身份、篡改数据、泄露隐私等问题。为此,本文利用区块链去中心化和不可篡改的特性提出了双链结构的汽车链方案,重点采用智能合约自动运营车联网业务,主要研究内容如下:1.双链架构的汽车链模型。在分析中心化车联网架构存在的问题后,设计两条链分别负责身份认证和轻量数据存储,身份认证链替代了可信机构(Trusted Authority,TA)的身份管理功能,链上的身份信息经智能合约加密存储,有效避免了数据泄露,数据存储链替代了数据库索引和权限控制的功能,实现了数据的链上验证、链下存储、细粒度访问控制和数据快速检索,双链架构配合跨链机制完成了链间数据互通。2.智能合约的密钥管理机制。路侧单元(Rode Side Unit,RSU)作为车联网的边缘节点提供稳定的计算能力,在认证合约中引入的国密算法SM2能够自动化的为车辆生成、更新和撤销密钥对,实现对等节点的双向认证,基于区块链防篡改的特性有效实现公钥与身份的映射,进一步提高密钥管理的透明性和公平性,降低了管理成本,消除了中心化TA方案的单点故障问题。3.智能合约的数据管理机制。针对汽车移动性强、移动网络不稳定等特点实现安全异步上传策略,引入属性集权限控制让用户对个人数据有更大的控制权;在数据检索中结合默克尔前缀树(MPT)交易检索算法实现了关键字匹配检索方案,通过标识交易过滤冗余数据;在数据存储中利用IPFS文件系统的内容寻址特性,将车联网数据存储在分布式节点中,链下存储的方案有效降低了区块链的存储开销和车联网设备的性能负荷,实现了更加安全和高效的存储方式。最终,本文设计、实现并测试了基于双链汽车链的车联网信息管理系统。在以太坊平台进行的仿真测试表明,本文提出的双链架构汽车链及智能合约能够满足车联网的功能需求,在存储消耗、查询效率、交易吞吐量、通讯时延和安全性方面都有一定的优势。
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