[论文解读] BE-RAN: Blockchain-enabled RAN with Decentralized Identity Management and Privacy-Preserving Communication.

Hao Xu, Lei Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 22被引用 4

一句话总结

本文提出BE-RAN，一种基于区块链的去中心化无线接入网络架构，支持以用户为中心的身份管理、相互认证以及隐私保护的点对点通信。通过利用区块链实现去中心化的信任与问责机制，BE-RAN相较于现有协议显著降低了通信与计算开销。

ABSTRACT

Radio Access Networks (RAN) tends to be more distributed in the 5G and beyond, in order to provide low latency and flexible on-demanding services. In this paper, Blockchain-enabled Radio Access Networks (BE-RAN) is proposed as a novel decentralized RAN architecture to facilitate enhanced security and privacy on identification and authentication. It can offer user-centric identity management for User Equipment (UE) and RAN elements, and enable mutual authentication to all entities while enabling on-demand point-to-point communication with accountable billing service add-on on public network. Also, a potential operating model with thorough decentralization of RAN is envisioned. The paper also proposed a distributed privacy-preserving P2P communication approach, as one of the core use cases for future mobile networks, is presented as an essential complement to the existing core network-based security and privacy management. The results show that BE-RAN significantly improves communication and computation overheads compared to the existing communication authentication protocols.

研究动机与目标

• 为应对分布式5G及更未来无线接入网络中日益增长的去中心化、安全且隐私保护的身份与认证机制需求。
• 克服传统RAN中集中式身份管理的局限性，后者会扩大攻击面并降低用户自主权。
• 在公共网络中实现用户设备与RAN节点之间的相互认证，同时支持按需、可问责的计费机制。
• 设计一种作为未来移动网络核心组件的隐私保护、去中心化的点对点通信框架。

提出的方法

• 整合区块链技术，为RAN中的身份管理建立去中心化的信任模型，实现用户对身份的自主控制。
• 利用区块链可信身份记录，在用户设备与RAN节点之间实施相互认证协议。
• 设计一种独立于核心网络运行的分布式、隐私保护的P2P通信机制。
• 使用密码学原原子确保P2P通信过程中数据的机密性与用户匿名性。
• 通过不可篡改的区块链日志嵌入可问责计费机制，以追踪使用情况并强制执行公平使用策略。
• 构建完全去中心化的RAN运行模型，将控制与信令功能分布于各节点之间。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在分布式RAN架构中有效集成去中心化身份管理，以增强安全性和用户自主权？
• RQ2 基于区块链的相互认证对RAN中通信与计算开销的性能影响如何？
• RQ3 如何在不依赖集中式核心网络功能的前提下实现隐私保护的点对点通信？
• RQ4 区块链在实现去中心化RAN环境中可问责、可审计计费方面发挥何种作用？
• RQ5 与现有RAN协议相比，所提出的BE-RAN架构在可扩展性与弹性方面表现如何？

主要发现

• 与传统通信认证协议相比，BE-RAN显著降低了通信与计算开销。
• 区块链的集成实现了强大且去中心化的身份管理，增强了信任度，减少了对集中式权威机构的依赖。
• 所提出的隐私保护P2P通信机制在不损害网络问责性的前提下，确保了通信的机密性与匿名性。
• 该架构支持所有RAN实体（包括用户设备与基站）之间的相互认证，从而提升了整体系统安全性。
• 去中心化的RAN模型支持可扩展的按需服务，并通过不可篡改的区块链日志实现内置的计费问责机制。
• 该系统在公共网络中具备部署可行性，可支持安全、以用户为中心且隐私保护的移动服务。