[논문 리뷰] BARS: a Blockchain-based Anonymous Reputation System for Trust Management in VANETs

Zhaojun Lu, Qian Wang외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 17.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)참고 문헌 9인용 수 16

한 줄 요약

BARS는 차량 간 통신 네트워크(VANET)를 위한 블록체인 기반 익명 신뢰도 시스템을 제안하며, 공개 키와 차량 신원을 분리하여 추적 공격을 방지하면서도 이중 블록체인 메커니즘을 통해 인증서 및 취소 기록의 투명성을 유지함으로써 신뢰를 확보한다. 직접적 및 간접적 신뢰도를 융합하여 메시지의 진정성을 향상시키며, 실험 결과 강력한 프라이버시와 뛰어난 성능을 확보하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 차량이 신원을暴露하지 않고도 신원을 확인할 수 있도록 신뢰와 프라이버시를 균형 있게 유지하는 문제를 해결하기 위해.
• PKI 기반 시스템에서 실제 신원과 공개 키 간의 연결성을 끊어 추적 공격을 방지하기 위해.
• 직접 상호작용과 간접적 평가를 모두 활용하여 메시지 신뢰성을 향상시키는 탈중앙화된 신뢰도 시스템을 설계하기 위해.
• 확장성과 보안성을 확보하기 위해 스케일링을 고려한 별도의 두 블록체인을 활용해 효율적인 인증서 및 취소 투명성 구현하기 위해.

제안 방법

• 이중 블록체인 아키텍처를 활용: 하나는 인증서 관리용, 다른 하나는 취소 기록 관리용으로 투명성과 무결성을 확보한다.
• 직접 상호작용과 다른 차량의 간접적 평가를 종합하여 발신자의 신뢰성을 평가하는 신뢰도 모델을 적용한다.
• 익명 자격증명과 연결 불가능한 공개 키를 도입하여 신원 연결을 방지하고 추적 공격에 저항한다.
• 암호 기법을 적용해 신뢰도 점수를 가짜 이름에 바인딩함으로써 실제 신원을 폭 lộ하지 않는다.
• 메시지 행동과 피어의 피드백에 기반해 신뢰 값을 동적으로 조정하는 신뢰도 갱신 메커니즘을 적용한다.
• 임계값 기반의 취소 프로토콜을 활용해 해킹되거나 악성 행위를 하는 차량을 효율적으로 처리함으로써 신원을 폭 lộ하지 않는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 차량 간 통신 네트워크에서 메시지의 진정성을 유지하면서도 차량의 프라이버시를 보장할 수 있는가?
• RQ2 PKI 기반 VANET에서 실제 신원과 공개 키 간의 연결성을 끊는 데에는 어떤 메커니즘이 필요한가?
• RQ3 탈중앙화된 신뢰도 시스템은 직접적 및 간접적 신뢰를 어떻게 융합하여 메시지 신뢰성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 블록체인 기반의 신뢰도 및 취소 시스템을 VANET에 통합할 경우 성능 오버헤드는 얼마나 되는가?
• RQ5 이중 블록체인 아키텍처는 확장성에 영향을 주지 않으면서도 인증서 및 취소 투명성을 효율적으로 지원할 수 있는가?

주요 결과

• BARS는 공개 키와 실제 신원을 성공적으로 분리하여, 연결 불가능한 가짜 이름과 익명 자격증명을 통해 추적 공격을 방지하였다.
• 이중 블록체인 아키텍처는 인증서 및 취소 기록의 효율적이고 투명한 관리를 가능하게 하여 신뢰 관리 오버헤드를 감소시켰다.
• 직접적 피드백과 간접적 평가를 기반으로 한 신뢰도 모델은 단지 직접 상호작용에 의존하는 시스템 대비 메시지 진정성을 최대 35% 향상시켰다.
• 성능 평가 결과 BARS는 저지연성과 고처리량을 유지하여 실시간 VANET 응용에 적합함을 입증하였다.
• 신뢰도 점수를 가짜 이름에 암호학적으로 바인딩함으로써 시빌 공격 및 재생 공격에 대한 강건성을 확보하였다.
• 실험 결과 BARS는 동적인 차량 환경에서 강력한 프라이버시 보장을 제공하면서도 확장 가능하고 신뢰할 수 있는 신뢰 관리 시스템을 확보하였다.