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基于区块链技术的物联网信息共享安全机制

更新时间：2019-12-23 13:51:16 大小：503K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：区块链技术物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对物联网(IoT)信息共享中存在的源数据易被篡改、缺乏信用保障机制以及信息孤岛问题,提出一种基于区块链技术的轻量级物联网信息共享安全框架.该框架采用数据区块链和交易区块链相结合的双链模式:在数据区块链中实现数据的分布式存储和防篡改,并通过改进的实用拜占庭容错(PBFT)机制共识算法,提升数据登记效率;在交易区块链中实现资源和数据交易,并通过基于部分盲签名算法的改进算法,提升交易效率、实现隐私保护.仿真实验部分分别针对抗攻击能力、双链的处理能力和时延进行了验证分析,结果表明该框架具有安全性、有效性和可行性,可应对现实物联网中的大部分场景.

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ISSN 1001．908l

2019．02．10

Journal

Computer Applications

CODEN

JYIIDU

算机用，2019，39(2)：458— 463

http：／／www．joca．ca

文章号：1001-9081(2019)02-0458-06

DOI：10．11772／j．issn．1001-9081．2018061247

基于区

技的物网信息共享安全机制

葛

琳1’r，季新生3，江涛3，江逸茗3

(I．州航空工管理学院算机学院，州450046； 2．中国民航大学中国民航信息技科研基地，天津300300；

3．国家数字交

系

工程技研究中心，州450002)

箱lingesnow@126．corn)

(+通信作者

子

摘要：

基于区

据区

率；在交易区

部分分

物

的

网(10T)信息共享中存在的源数据易被改、缺乏信用保障机制以及信息孤

网信息共享安全框架。框架采用数据区和交易区合的双模式：在数

用拜占庭容 (PBFY)机制共算法，提升数据登

，提出一种

技

量

物

相

中

数据的分布式存和防改，并通

改

的

效

中

源和数据交易，并通基于部分盲名算法的改算法，提升交易效率、

抗攻能力、双理能力和行了

网中的大部分景。

；信息共享安全；共算法；去中心化

文献：A

私保。仿

真

的

延

分析，果表明框架具有安全性、有效性和可

行性，可

物

关

中

：物网；区

号：TP309

分

志

mechanism for Internet of

Security

things

information

based on blockchain

technology

sharing

Linl’”，JI

Ta03，JIANG

Yimin93

Xinshen93，JIANG

Henan

Civil Aviation Administration

and

450046，China；

(1．co％e

2．Information Technology

Computer,Zhengzhou University

Aeronautics，Zhengzhou

R∞eawh Base

Aviation

of China，Civil

University of China，Tianjin 300300，China；

R&D _{Center,Zhengzhou}Henan

450002，China)

3．National

System

Digital Switching

Engineering

Technological

framework of Internet of

Abstract：A

based on blockchain

lightweight

Things(10T)information sharing security

data

was

to solve the

of Idl''s information

technology

of credit

proposed

problems

sharing．such

susceptible

tampering．1ack

data blockchain

mechanism and islands of information．The framework used double-chain

guarantee

pattern including

blockchain，and

and transaction blockchain．Distributed

and

were realized on the data

the

storage

tamper— proof

Byzantine

registration

was

modified Practical

transaction

Fault

and data transactions were

efficiency

improved through

Tolerance(PBH')．Resource

and

realized on the transaction

improved algorithm

was

was realized

the

blockchain，the

efficiency

improved

privacy protection

through

analyse，test

results show that the

based on

blind

simulation

were carried out to

experiments

partial

signature algorithm．The

and

anti· attack

and time

verify

capability，double· chain processing capacity

and can be to most situations of the real loT．

applied

delay．Simulation

proposed

framework has

security，effectiveness

feasibility，which

words：Internet of

Key

Things(IoT)；blockchain；information sharing security；consensus algorithm；decentralization

市、智慧地球，具有重要的理

意

和社会

价

。

引言

目前，由于担心数据被非法改或因交互而致数据

失等原因，物网中缺乏有效的共享机制，从而

有价的互互通。物网信息共享的安全

以

数据

白2005年国

信

盟正式提出物网(Internet

已成信息

网有系信息的交

Things，loT)概念以来，物

网

展迅猛，目前被广泛地

用于

境

与保、智能交通、移

域⋯ 。根据Statistic

数量

到2020年将增至307．3 ¨J，市

元¨J。物网信息具有多源异构、模巨大、空关、冗余

度高、多量等特征H J，大数据整合，可以生全新的

、生活和服度。物网不同景之的信息共

世界各物体的信息采、智能追踪、

医

、食品安全和物

安全域中的点和点¨^1。物

互和交易，要么

流供

管理等

多

网站最新

下

行，要么采用基于云服的信息共

些机制存在多不足：1)大多只考信息

，或某一景、次、安全属性等

窄；2)面大的物

生的海量数据，中心化数据理的基

高，效率低，且

数据，2017年物网的互

203．5

，

享技

。

中

模将达7．t万

美

的某一

用

一角度，适用范

网

和由此

成本

施投人和

生

用

以

数据的指数倍增；3)缺乏有效的网

的合法身份、信息有效

程中的真性、一致性和不可被

享，可

控

信用保障机制，以确保物

性，信息在不同系

网

和管理¨1，从而改造人社会，真正走向智慧家居、智慧城

收稿日期：2018-06-15；修回日期：2018．09．16；用日期：2018— 09．17。

基金目：中国民航信息技科研基地开放

家重点研目(2017YFB0801903)；国家自然科学基金

作者介：葛琳(1978一)，女，山南人，博士，

博士生，博士，主要研究方向：网安全；江涛(1974一)，男，湖北武人，副研究

基金

助

目(CAAC· ITRB-20i707)；国家自然科学基金新研究群体目(61521003)；国

划

助目(61502530)。

，CCF会，主要研究方向：网信息安全；季新生(1969一)，男，江南通人，教授．

士，主要研究方向：移网安全；江逸茗

，

互

(1984一)，男，江南通人，博士，主要研究方向：网信息安全。

万方数据

459

第2期

葛琳等：基于区

技

的物网信息共享安全机制

改性；4)物网中的射

装置、外感器等信息

源都受限，在信息行保

感

性，也含有其他特性，如真性、可追溯、抗抵和可靠性旧1。

借助分布式系点的工作量明(Proof

Work，PoW)等共算法形成的大算力来抵御外部攻

数据的不可改和不可造，通双重支付

的解决，在无需信任点的情况下构

建一个去中心化的可信任系，在信息程中同

成价移，足了可用性和可靠性的需求。

足安全性和所有，将如RSA(Rivest— Shamir—

点的运算、

等

区

技

各

需兼数据的可用性和效率¨1j。

近年来，区的研究与用呈

大型机、个人、互网、移／社交网之后

算范式的第五次覆式新¨⋯ 。在Gartner技成熟度曲

中，区于高期望区，在未来的数字平台

域，也位列其中11u；2016年，工信部布了《中国区

展白皮》¨“；在国布的《“十三五”国家

信息化划》中。1⋯ ，明确指出要加等新技的基

面肯定了区

具有高度透明、去中心化、去信

运用数据加密、戳、分布式

和智能合等手段，在点无需互相信任的物网分布

式系中，基于去中心化信用的交互方式，解决中心化

架构普遍存在的高成本、低效率等提供了解决途径。物

，

技

爆

式增

，

保

区

被

是

和拜占庭将

个

的

完

技

展

的

技

和

用

院

Adleman)、Elgamal、Rabin、D— H(Diffie— Hellman)、

Curves

曲

加

区

密(Elliptic

Cryptography，ECC)等算法集成到区

研

技

和前沿布局，正式从国家科技

与社会价。区

等性，能

略

的

中，形成非称加密和多重名机制，足了保密性的

技

需求。

任、集体

通

区

系

常用的Merkle 及其种，支持化支付

(Simplified Payment Verification，SPV)，可在不必存完整

的情况下，交易足了完整性的需求。

此外，Merkle 运行效率的提升和需保存部分区

共

区

行

，

区

网信息摘要可保存在区

中，形成可信的物网数据来

数据的特点，也使得将区

技

运用在物

网

上成

源，区

全，并

特有的数据加密和机制能有效保数据安

可能。

数据方私，攻者即使侵入网，也无法窃取真

改。区使得物

源交易成可能，未来信息互网向价

具有重要的 ¨4“⋯ 。

的快速展引起了政府部、金融机构、科技

本市的广泛关注。在金融域，各国中央行高

区

系

使用密学技

全体，写入后区

，有助于消除信息、降低信任成本，足了

数据行保，数据在写

数据内容，更无法数据

网智能

网的

行

技

入区前需

点

网

各

点可

真

点

的

公开

性的需求。

互

意

区

和

技

区

中

区

得

的

点必在当前区

中加盖

企

戳，作

数据的写人

。因此，主上各区是按照

度重

区

技

，通

借

研究或直接用区

来

序依次排列的。

戳作

区

数据的存在性

度，具有极

明

的

各自的法定数字

。同，区

技

的潜力吸引了众多

(Proof ofExistence，PoE)，数据增加了

性，合区

中新生成的数据必

后，才可写入共享本，而

知名企和政府部致力于此研究，如：IBM与三星的合作

可

的

式

构，足了可追溯的需求。

得全部或大多数点的

本由全体区点共

Decentralized

目“去中心化的点点自主遥 (Autonomous

区

Peer— to— Peer

Telemetry，Adept)”⋯ 1；工和信息化部中国

通

子技

准化研究院先后布了《区

参考架构》和《区

同

，因而极

改和造，足了抗抵的需求。

的物网信息共享安全框架

数据格式范》准‘1””J，旨在利用区

物

网开

用于

了

1．2基于区

技

分布式平台。在科研学

网的研究呈逐年上升

域，国外将区

技

本文提出了一种基于区

框架，其中包括源数据采集和信息交易，

互安全形成信息共享安全体系，如 1所示。根据物网的

理念，分感知。框架采用数据区

和交易区模式。由于物网部分点的源有

限，因此将双的部分功能

技

的物网信息共享安全

物

通

，如：文献[20— 21]

源数据安全和交

区

技

保障用

将数据出售第三方；文献[22]中描述

的可的物网数据存和共享机

平台Ethereum的可

管理；文献[24]提出了

有物网数据的点，有私人

信息的用可以

了一种基于区

分

、

和用

技

双

制；在文献[23]中，利用区

性，以粒度的方式提供物

开

程

外包云服

／

算

行，

网

其中，

主要

算靠近物

用

网

端

点，即数据区

部分；云服

一种

的研究也已起步，主要

述，将区用于物网中，已有理

目研；然而，如何利用区解决物网中的信息安

于探索段，基于区的物网信息共享

物

网区

的分体系构。我国国内

某一具体景旧5-26]。上所

述和

此

的交易区

，如 2所示。于数据

用

区

章

和交易区

的成和共算法将在本文的第2

技

基

行介

。

技

信息交互安全

全

仍

技

H焦

墨H

蓁H— — 塑墼^墨堡^匡窒^基全^壁I

1信息共享安全

安全机制尚未有系性的研究。

本文的主要工作：利用区

的特征，

性地将区

网信

合的双

U叫塑塑墨塞H墼堡匡壁l

技

用于物网，

息共享安全机制；采用数据区

方式，

普遍存在的数据孤

明，方案具有安全性、有效性和可行性。

了基于区

的

量

物

Information

和交易区

相

Fig．1

sharing security

物

网的数据源安全和信息交互安全，并当前

提供了解决思路。仿真果表

的区

网

用大多基于公有，任意点可以自由

加入区

并

本数据，使得公有

然具有

高

的公信力，但身份和数据私受到威。据此，本文采用私有

和公有合的方式，如 3所示。首先，物

采用公有；其次，景内不同区域采用

、

盟

相

基于区

技的物网信息共享

网不同的

景

1．1理分析

盟

，同一行的不同部

数据，其他非授

之

构成盟，只有盟成

不能；最后，区域内的

可

物

网信息共享安全的目的是：在确保信息安全的前提

区

点

下

共享。信息安全包括了信息的保密性、完整性和可用

采用私有，只有内部点才能

区

数据，从根本上

万方数据

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