[論文レビュー] Improving Privacy and Security in Unmanned Aerial Vehicles Network using Blockchain

Hardik Sachdeva, Shivam Gupta+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2022

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、無人航空機（UAV）のプライバシーおよびサイバー攻撃に対するレジliエンスを向上させるために、ブロックチェーンベースの安全な通信フレームワークを提案する。スマートコントラクトと分散型レコーディングを活用することで、GPSスプーフィング、ジャミング、ブラックホール攻撃などの脅威を軽減する自己修復型UAVアドホックネットワークを設計した。

ABSTRACT

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), also known as drones, have exploded in every segment present in todays business industry. They have scope in reinventing old businesses, and they are even developing new opportunities for various brands and franchisors. UAVs are used in the supply chain, maintaining surveillance and serving as mobile hotspots. Although UAVs have potential applications, they bring several societal concerns and challenges that need addressing in public safety, privacy, and cyber security. UAVs are prone to various cyber-attacks and vulnerabilities; they can also be hacked and misused by malicious entities resulting in cyber-crime. The adversaries can exploit these vulnerabilities, leading to data loss, property, and destruction of life. One can partially detect the attacks like false information dissemination, jamming, gray hole, blackhole, and GPS spoofing by monitoring the UAV behavior, but it may not resolve privacy issues. This paper presents secure communication between UAVs using blockchain technology. Our approach involves building smart contracts and making a secure and reliable UAV adhoc network. This network will be resilient to various network attacks and is secure against malicious intrusions.

研究の動機と目的

• 商業的および公共分野におけるUAVの導入拡大に伴い深刻化するサイバーセキュリティおよびプライバシーリスクに対処する。
• GPSスプーフィング、ジャミング、マンInTheミドルアタックなどのUAV通信における深刻な脆弱性を同定する。
• UAVネットワークにおける中央集権的管理の依存を排除するため、分散型で信頼できない環境でも運用可能な通信モデルを構築する。
• 暗号技術を用いたブロックチェーンメカニズムにより、データの完全性、機密性、アクセス制御を確保する。
• 悪意ある侵入に対して自律的に検知・回復可能なレジリientなUAVアドホックネットワークを設計する。

提案手法

• UAVネットワークの認証およびアクセス制御を管理するための許可型ブロックチェーンアーキテクチャを実装する。
• ブロックチェーン上にスマートコントラクトを設計・デプロイし、UAV間での信頼性の自動検証と安全なメッセージ交換を自動化する。
• デジタル署名やハッシュ関数などの暗号プリミティブを統合し、データの真正性と完全性を保証する。
• 単一障害点を排除するため、UAV間で分散型のピアツーピア通信モデルを確立する。
• PBFTや類似のコンSENSUSメカニズムを用いて取引を検証し、悪意あるノードの行動を防止する。
• ノードの加入・離脱が頻繁に発生する動的アドホックネットワークとしてUAVネットワークをモデル化し、ブロックチェーンが相互作用履歴を改ざん不能なログとして維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーン技術を活用することで、分散型UAVネットワークにおける信頼性とセキュリティをどのように向上させられるか？
• RQ2 GPSスプーフィングやブラックホール攻撃といった一般的なUAVネットワーク攻撃を検知・防止するためのメカニズムは何か？
• RQ3 エンドツーエンドの完全性と真正性を維持しつつ、UAV通信におけるプライバシーをどのように保護できるか？
• RQ4 スマートコントラクトは、UAVアドホックネットワークにおけるセキュリティポリシーの自動化と強制をどの程度実現できるか？
• RQ5 提案されたブロックチェーンベースのシステムは、動的なネットワーク変化および悪意ある侵入に対して、どの程度レジリエンスを向上させるか？

主な発見

• 提案されたブロックチェーンベースのUAVネットワークは、暗号的検証とコンセンサスメカニズムにより、GPSスプーフィングおよびブラックホール攻撃に対してレジリエンスを示した。
• スマートコントラクトは信頼性の自動検証とアクセス制御を効果的に自動化し、中央集権的機関への依存を低減した。
• 評価された脅威シナリオにおいて、すべてのUAV通信でデータ完全性が維持され、改ざんの記録は一切確認されなかった。
• 分散型アーキテクチャにより自己修復機能が実現され、悪意ある行動を検知した後でもネットワークが再構成され、接続を維持できた。
• ブロックチェーンの統合により、すべてのメッセージが暗号的に署名され検証可能であるため、誤った情報の拡散リスクが低減した。
• 性能評価では、リアルタイムのUAV運用に耐えうる遅延とオーバーヘッドが確認され、動的環境における実用性が裏付けられた。