随着物联网的迅速发展,智能设备的数量急剧增加,从智能锁到智能车辆,从智能可穿戴设备到智能家居,物联网涉及到人们生活的各个方面。人们利用这些物联网设备生成、处理和交换大量敏感的隐私信息,从而诱发了严重的网络攻击。因此,解决好终端认证和访问控制对物联网中的安全和隐私问题非常重要,基于资源受限规模宏大的IoT实体的认证方案吸引了研究者的极大兴趣。然而,已有的大多数认证方案是基于可信第三方的中心化架构,存在不灵活性,不可扩展性和单点登录攻击等问题。近年来,区块链技术凭借去中心化,难以篡改和多方共识的特点正逐步成为物联网认证领域的研究热点,很多基于区块链实现物联网安全和信任管理的架构已经被提出。但基于区块链的物联网认证方案带来改进的同时,也使资源需求高的区块链POW机制实施困难,系统架构复杂认证协议流程繁琐致使区块链节点共识时间和请求响应时延过长,不利于在时延敏感的互联网环境中广泛应用。针对基于区块链的IoT实体认证的轻量化和数据传输安全问题,本文利用区块链技术和变色龙哈希函数,设计出一种基于以太坊的IoT实体轻量级认证方案,并给出协议安全性的形式化证明以及模块化实现。具体来说,本文主要做了以下几方面工作:(1)对基于区块链的物联网认证方案进行调查和研究,结合物联网环境对于数据隐私保护的需求,阅读研究国内外对IoT实体认证的方案。为了实现IoT实体认证的轻量化,本文基于区块链提出一种面向资源受限,规模宏大的IoT实体分层优化系统架构,利用变色龙哈希函数和验证转移的方法构造了一种轻量级的认证方案,并实现IoT设备实时和不可拒绝的访问。随后利用Scyther工具和基于BAN逻辑对设计的方案进行安全性分析,之后将该方案与其他类似方案进行性能对比分析。分析结果表明本文提出的方案在保证实体信息安全的基础上,能够实现IoT实体间的轻量化相互认证并协商出会话密钥。(2)应用构造的IoT实体认证方案,设计一种基于以太坊的IoT实体认证服务系统。系统主要由本地局部私有链LPC、每个LPC中CN构成的公共联盟链和提供调用接口的智能合约三部分组成,能够实现设备注册、高效的设备认证和安全的数据交换。通过对系统结构设计、数据表设计和功能流程设计的描述,全面地介绍了基于以太坊的IoT实体认证服务系统。(3)对设计的基于以太坊的IoT实体认证服务系统进行模块化实现。通过对方案开发环境和运行环境,方案伪代码的描述,详细说明了方案的模块化实现。之后完成了方案主要的功能测试和方案部分的性能测试,测试结果表明本文设计的认证协议可以实现认证的轻量化。