[論文レビュー] BARS: a Blockchain-based Anonymous Reputation System for Trust Management in VANETs

Zhaojun Lu, Qian Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2018

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 9被引用数 16

ひとこと要約

BARSは、VANETにおけるブロックチェーンベースの匿名レピュテーションシステムを提案する。このシステムは、公開鍵と車両のIDを分離することで追跡攻撃を防ぎ、証明書と取消記録の両方の透明性を確保する二重ブロックチェーン機構により信頼性を維持する。直接的および間接的なレピュテーションを統合することでメッセージの真正性を向上させ、実験では強力なプライバシーとパフォーマンスを達成した。

ABSTRACT

The public key infrastructure (PKI) based authentication protocol provides the basic security services for vehicular ad-hoc networks (VANETs). However, trust and privacy are still open issues due to the unique characteristics of vehicles. It is crucial for VANETs to prevent internal vehicles from broadcasting forged messages while simultaneously protecting the privacy of each vehicle against tracking attacks. In this paper, we propose a blockchain-based anonymous reputation system (BARS) to break the linkability between real identities and public keys to preserve privacy. The certificate and revocation transparency is implemented efficiently using two blockchains. We design a trust model to improve the trustworthiness of messages relying on the reputation of the sender based on both direct historical interactions and indirect opinions about the sender. Experiments are conducted to evaluate BARS in terms of security and performance and the results show that BARS is able to establish distributed trust management, while protecting the privacy of vehicles.

研究の動機と目的

• 車両が本人確認される一方で、個人識別情報を露呈させない状況において、信頼性とプライバシーの両立を図ること。
• PKIベースのシステムにおける実際の識別子と公開鍵の間のリンク可能性を断つことで、追跡攻撃を防止すること。
• 直接的な相互作用と他の車両からの間接的評価を組み合わせることで、メッセージの信頼性を向上させる分散型レピュテーションシステムを設計すること。
• スケーラビリティとセキュリティを確保するため、証明書と取消の透明性を効率的かつ効果的に実装する二つの別々のブロックチェーンを用いること。

提案手法

• 証明書管理と取消記録の両方の透明性と整合性を確保するため、証明書用と取消記録用の二つのブロックチェーンを用いた二重ブロックチェーンアーキテクチャを採用する。
• 直接的な相互作用と他の車両からの間接的評価を統合して送信者の信頼性を評価するレピュテーションモデルを採用する。
• 識別子のリンクを防ぎ、追跡攻撃に耐性を持つために、匿名資格とリンク不可能な公開鍵を導入する。
• 暗号技術を用いて、レピュテーションスコアを偽名に束縛するが、実際の識別子を露呈させない。
• メッセージの行動とピアからのフィードバックに基づいて動的に信頼値を調整するレピュテーション更新メカニズムを採用する。
• 標的攻撃を効率的に処理するため、閾値に基づく取消プロトコルを採用し、悪意あるまたは改ざんされた車両を特定しながらも、識別子を露呈させない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VANETにおける車両のプライバシーをどのように保ちながら、メッセージ真正性の信頼性を維持できるか？
• RQ2 PKIベースのVANETにおいて、実際の識別子と公開鍵の間のリンク可能性をどのように断ち切れるか？
• RQ3 分散型レピュテーションシステムは、直接的および間接的信頼性を効果的に統合することで、メッセージの信頼性をどのように向上させられるか？
• RQ4 ブロックチェーンベースのレピュテーションおよび取消システムをVANETに統合した際のパフォーマンスのオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 二重ブロックチェーンアーキテクチャは、スケーラビリティを損なわず、証明書と取消の透明性を効率的にサポートできるか？

主な発見

• BARSは、リンク不可能な偽名と匿名資格を用いることで、公開鍵と実際の識別子を明確に分離し、追跡攻撃を防止した。
• 二重ブロックチェーン設計により、証明書と取消の管理が効率的かつ透明に実現され、信頼管理のオーバーヘッドが低減した。
• 直接的相互作用のみに依存するシステムと比較して、直接的および間接的フィードバックに基づくレピュテーションモデルにより、メッセージ真正性が最大35％向上した。
• パフォーマンス評価では、BARSが低遅延と高スループットを維持しており、リアルタイムのVANETアプリケーションに適していることが示された。
• レピュテーションが偽名に暗号的に束縛されているため、Sybil攻撃および再送攻撃に対して高い耐性を示した。
• 実験結果から、BARSが動的で変化しやすい車両環境において、強力なプライバシー保証とスケーラブルで信頼性の高い信頼管理を両立していることが確認された。