基于区块链的网络内生安全认证系统设计与实现

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随着5G通信的问世,物联网迎来飞速发展。各种传感式的物联网设备源源不断的收集感知数据并将其传输到云服务器中进行计算处理,这种集中式的处理模式给云服务器带来沉重的负担,结合了边缘网络计算能力的雾无线接入网应运而生。在雾无线接入网中,传统的终端认证方案过于依赖第三方机构,如果第三方机构遭遇恶意攻击,整个网络都会面临崩溃。此外,终端层的传感器节点经常被放置于无人监管的环境中,存在隐私泄露、伪造节点、数据篡改等安全问题。雾无线接入网安全性能的提升更需要朝着内涵和自生,即“内生”的方向发展。内生安全强调的是不断从信息化系统内生长出的安全能力。内生安全的“可信增强”和“智能共识”与区块链的共识思想非常契合。而区块链的去中心化、数据防篡改的特性也能解决传统认证方案的过于依赖第三方机构的问题,因此区块链技术为雾无线接入网的内生安全认证方案提供了新的解决思路。针对现阶段网络中内生安全能力不足、过度依赖第三方机构等问题,本文结合区块链思想,利用智能合约实现一个网络内生安全认证系统。主要研究内容如下:(1)提出“云-雾-终端”的系统架构:根据雾无线接入网结构,本文提出基于区块链的“云-雾-终端”三层系统架构。该架构具有去中心化特性,有效解决了传统认证方案中过于依赖第三方机构的问题。(2)设计可信的注册机制和认证机制:针对终端较为薄弱易被攻击的问题,本文设计身份注册机制和终端接入认证机制,支持可信设备的注册和认证,并实现在不同雾接入点高效安全认证的效果。(3)设计基于雾节点的共识机制。针对云服务器负载过大的问题,本文利用雾层的雾节点组成区块链网络,通过共识机制排除外部干扰,在雾层实现感知数据的共识和存储。该机制不仅减少了云服务器的负担,而且增强了系统的内生安全能力。(4)设计并实现一个基于区块链的内生安全认证系统:本文结合身份注册机制、终端接入认证机制和共识机制,构建了一个内生安全认证系统。该系统将属性基加密和IPFS进行结合,在保护设备隐私信息的同时,实现信息的安全共享。经过测试表明该系统满足内生安全的要求。
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