VANET에서 컨소시엄 블록체인을 적용한 안전한 인증 및 키 관리 방식

Abstract

오늘날 차량 텔레매틱스와 커뮤니케이션 기술의 빠른 발전과 함께 VANET (Vehicular Ad Hoc Network)의 확산은 괄목할 정도이고 이는 유망한 지능형 운송 시스템 (ITS)의 설계를 기능하게 하였다. 개방형 환경에서 고유한 무선 통신 기능으로 인해 수많은 VANET 엔티티간의 안전한 전송은 심각한 문제로 남아 있다. 현재 많은 연구가 이루어졌지만 대부분은 검증된 장치에 차량 대 차량 (V2V) 및 차량 대 RSU (V2R) 통신을 위한 범용 그룹 키를 할당하고 있다.

그러나 동일한 차량 그룹에 있는 많은 장치를 가진 이기종 VANET 환경에서는 복잡하고 가변적인 토폴로지는 매 순간 연속적인 키 업데이트로 진행되고 이는 V2R 데이터에 간섭을 야기하고 자원이 제한된 VANET 환경에서 신뢰할 수 없고 효율적이지도 않다. 또한, 더 이상 연구가 진행되지 않는 그룹 멤버쉽 기록 및 감지 메커니즘은 실시간 차량 해지 및 참여를 위해 필요하다. 본 논문에서는 안전한 인증 및 키 관리 체계를 제안하면서 위의 문제를 해결한다.

제안된 엣지 컴퓨팅 인프라를 갖춘 새로운 VANET 시스템 모델은 전통적인 VANET 구조와 비교하여 적합한 컴퓨팅 및 저장 용량을 제공하기 위해 채택된다. 서명서 없는 인증 방식은 간섭 회피를 위해 각 차량에 대해 독립적 인 세션 키를 적용하고 더 나아가 컨소시엄 블록 체인은 V2V 그룹 키 설계에 사용된다. 효율적인 그룹 키 업데이트을 통한 실시간 그룹 멤버십 배열이 제공된다. 공식적으로 보안성을 증명하고, 제안된 방식이 원하는 보안 속성을 달성할 수 있음을 보여준다. 성능 분석을 제시함으로써 본 논문에서 제안한 방식이 최신 기술과 비교해서도 우수함을 증명하였다.|Nowadays, with the rapid advancements of vehicular telematics and communication techniques, proliferation of vehicular ad hoc networks (VANETs) has been witnessed, which facilitates the construction of promising intelligent transportation systems (ITSs). Due to inherent wireless communicating characteristics in open environment, secure transmission among numerous VANET entities remains a crucial issue. Currently, lots of research efforts have been made, while most of which tend to allocate a universal group key to the verified devices for vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-RSU (V2R) communications.

However, in heterogeneous VANET environment with a large number of devices of the same vehicular group, complicated and variable topologies lead to continuous key updating in every moment, causing interference to regular V2R data exchange, which is neither reliable nor efficient for resource-constrained VANET environment. Moreover, group membership recording and detecting mechanisms are necessary for real-time vehicle revocation and participation, which has not been further studied so far. In this thesis, we address the above issues by proposing a secure authentication and key management scheme.

In our design, novel VANET system model with edge computing infrastructure is adopted so as to offer adequate computing and storing capacity compared to traditional VANET structure. Note that our certificateless authentication scheme applies the independent session key to each vehicle for interference avoidance. Furthermore, consortium blockchain is employed for V2V group key construction. Real time group membership arrangement with efficient key updating is accordingly provided. Formal security proofs are presented, demonstrating that the proposed scheme can achieve desired security properties. Performance analysis is conducted as well, proving that the proposed scheme is more efficient compared with the state-of-the-arts.