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        帶有激勵機(jī)制的車聯(lián)網(wǎng)合作下載信任管理方案

        2021-03-09 16:41:14門嘉衛(wèi)賴成喆
        計算機(jī)工程與應(yīng)用 2021年5期
        關(guān)鍵詞:信任區(qū)塊交易

        門嘉衛(wèi),賴成喆

        西安郵電大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院,西安710121

        伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,人們出行需求也越來越多樣,當(dāng)駕駛汽車在高速公路或者一些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較復(fù)雜的路段時,也需要享受到安全可靠的網(wǎng)絡(luò)下載服務(wù)。而由于環(huán)境以及路況的特殊性,難免汽車會行駛到RSU(路邊基站)信號覆蓋不到的區(qū)域,或需要下載的文件過大,不能及時完成下載,這時,根據(jù)研究顯示,通過車聯(lián)網(wǎng)下的合作下載方式,可以高效地解決這個問題。例如:文獻(xiàn)[1]中是對于城市交通環(huán)境下預(yù)測車輛行駛軌跡進(jìn)行合作下載;文獻(xiàn)[2]中采用同向行駛車輛結(jié)成車隊,利用對向行駛車輛進(jìn)行合作下載;文獻(xiàn)[3]是對于高速公路環(huán)境下利用同向車組有效延長對向協(xié)助車與目標(biāo)車的通信時間提高吞吐量;文獻(xiàn)[4]中采用基于動態(tài)時槽的車聯(lián)網(wǎng)合作下載;文獻(xiàn)[5]是一種基于分簇的車輛合作下載優(yōu)化策略;文獻(xiàn)[6]是一種針對公路盲區(qū)通信不連續(xù)和數(shù)據(jù)不能持續(xù)傳輸問題的合作下載方法;文獻(xiàn)[7]提出一種面向高速公路場景的無間隙合作下載方法;文獻(xiàn)[8]提出了一種近似全局最優(yōu)的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載選車策略,使用二維矩陣定義盲區(qū)時空資源和選車行為;文獻(xiàn)[9]的目標(biāo)是在避免沖突的前提下盡可能多地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);文獻(xiàn)[10]提出了一套同向車輛協(xié)助下載的方法,通過車速快于用戶的車輛在趕超用戶過程中完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);文獻(xiàn)[11]采用無線網(wǎng)絡(luò)廣播機(jī)制,提出了一套適應(yīng)于AP分布稀疏并具有一定車流密度的高速公路環(huán)境下合作下載的方法;文獻(xiàn)[12]提出了一種在異構(gòu)車輛網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同下載機(jī)制;文獻(xiàn)[13]對CVN領(lǐng)域的最新進(jìn)展進(jìn)行了全面的概述。由此可見,在大多數(shù)研究實(shí)踐中都是將合作下載的車輛當(dāng)作完全可信任的車輛,只關(guān)注到下載轉(zhuǎn)發(fā)過程的效率問題,而忽略了越來越突出的信任問題。實(shí)際上,汽車智能化和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,引發(fā)的安全性問題已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注,一些安全隱患甚至威脅到了人們的生命安全,因此,解決車輛間信任危機(jī)和安全隱患是車聯(lián)網(wǎng)合作下載首當(dāng)其沖的問題和挑戰(zhàn)。

        如何解決車輛間的信任問題以及信息交易的可靠性問題,進(jìn)行可信任的安全的合作下載,是研究的重點(diǎn)。本文提出一種基于SORT算法可信任的車聯(lián)網(wǎng)合作下載方案。該方案使得車輛在一個相對安全與信任的條件下,進(jìn)行資源交易,本文的主要貢獻(xiàn)有:

        (1)提出了基于SORT算法的服務(wù)信任管理,為用戶帶來更安全可靠的服務(wù)。

        (2)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)建立公平交易協(xié)議,收集不可否認(rèn)證據(jù),有效保證合作下載的公平性,并把數(shù)據(jù)存放在區(qū)塊鏈上,保障隱私的同時方便管理。

        (3)在合作下載交易中設(shè)計了激勵機(jī)制,有效提高車輛用戶的參與積極性。

        1 系統(tǒng)模型和敵手模型

        1.1 系統(tǒng)模型

        車輛在高速公路上的行駛基本情況可以用圖1表示,基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)合作下載中主要包括相關(guān)的RSU和高速公路上的車輛:

        (1)路邊單元(RSU):在本系統(tǒng)中,所有RSU為可信任的,負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋,以及一些文件的臨時存儲和傳輸,收集評價信息,車輛速度信息,位置信息,進(jìn)入信號范圍的時間,計算相應(yīng)車輛用戶的服務(wù)信任值,將數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈的相應(yīng)位置上。評價信息是由交易完成后,得到服務(wù)的車輛用戶給出評價,由新的評價信息、歷史評價以及其之前的信譽(yù)值計算更新服務(wù)信任值。當(dāng)車輛發(fā)生交易時,新的評價信息會上傳到RSU,RSU會及時更新評價信息。

        (2)車輛(V):車輛配備通信設(shè)備、車載傳感器,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等,用于數(shù)據(jù)的下載、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲。當(dāng)車輛在行駛環(huán)境下,與附近的車輛用戶結(jié)成車隊,當(dāng)車隊中有車輛發(fā)出請求,其他車輛則會為請求車輛服務(wù)或轉(zhuǎn)發(fā)廣播多次請求協(xié)助。

        圖1 車隊形式的車聯(lián)網(wǎng)合作下載模型

        1.2 敵手模型

        系統(tǒng)中如果出現(xiàn)惡意車輛用戶,或者車輛用戶請求的服務(wù)被惡意利用,將會影響車輛用戶的行駛體驗(yàn)和安全,攻擊者可能通過轉(zhuǎn)發(fā)虛假的數(shù)據(jù),或者利用交易獲取用戶的隱私信息,甚至向用戶車輛通過交易植入病毒。本文的攻擊者主要設(shè)定為以下三種行為:

        數(shù)據(jù)欺騙攻擊:攻擊者提供虛假的數(shù)據(jù),即不是用戶所請求需要的資源,例如:惡意車輛隨意轉(zhuǎn)發(fā)廣告等數(shù)據(jù)給用戶車輛,造成用戶行車服務(wù)體驗(yàn)差。

        假冒攻擊:惡意車輛利用其他車輛的公鑰,生成一組沒有根據(jù)的服務(wù)信任值,假冒其他車輛身份干擾車輛用戶信任管理。

        壞話攻擊:惡意車輛用戶惡意評價其他車輛用戶,故意上傳不公正評價,對其他用戶造成傷害。

        2 激勵下的合作下載信任管理方案

        應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)對車輛的身份隱私以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲和保護(hù),設(shè)計車輛合作下載信任管理方案為下載服務(wù)選擇車輛,設(shè)計激勵機(jī)制和公平交易協(xié)議保障合作下載過程中交易的積極性和公平性。

        2.1 基于區(qū)塊鏈的車輛用戶識別

        區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用可以很好地解決車聯(lián)網(wǎng)中的相應(yīng)問題,在集中式密鑰分配方案基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

        圖2 中,各共識服務(wù)商通過共識機(jī)制,進(jìn)行數(shù)字證書的發(fā)放和管理,改進(jìn)后的方案如圖3所示。

        圖2 基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)架構(gòu)

        圖3 密鑰分配方案

        系統(tǒng)通過DPOS共識機(jī)制構(gòu)成密鑰分配中心(KDC),當(dāng)車輛進(jìn)入RSU的覆蓋范圍時,需要注冊自己的ID、平均速率Vˉ,以及進(jìn)入該RSU的時刻T并將記錄上傳到區(qū)塊鏈中的相應(yīng)位置進(jìn)行存儲,E為加密函數(shù)。

        采用基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)信息存儲,系統(tǒng)的響應(yīng)時間主要消耗在共識過程,而共識過程的時間消耗主要與采用的共識機(jī)制和共識服務(wù)商的個數(shù)有關(guān)。

        圖4 可以發(fā)現(xiàn),DPOS花費(fèi)時間最短,效率最高。從去中心化程度看,DPOS是部分去中心化,能夠更迅速地響應(yīng)用戶需求。基于此采用股票授權(quán)投票機(jī)制DPOS為共識規(guī)則。根據(jù)系統(tǒng)的具體需求對參與交易生成的共識服務(wù)商的個數(shù)進(jìn)行設(shè)定。DPOS共識機(jī)制在101位共識服務(wù)商參與交易過程中完成一筆交易信息的生成只需要10 s,而六筆交易需要70 s,既保證交易信息不可篡改性,又保證交易的效率[14]。

        圖4 不同共識機(jī)制完成一筆交易時間比較

        圖5 中可得出,當(dāng)系統(tǒng)的共識服務(wù)商只有唯一一個時,它是中心化系統(tǒng),雖然它可以最迅速地響應(yīng)用戶需求,但是存在可靠性低、最容易被篡改的風(fēng)險;隨著共識服務(wù)商數(shù)目的增加,去中心化程度增大,被篡改的風(fēng)險降低,系統(tǒng)可靠性增強(qiáng),但交易生成所需的時間也隨之增長。當(dāng)共識服務(wù)商的個數(shù)超過101個的時候,系統(tǒng)交易生成時間發(fā)生了快速跳躍,系統(tǒng)效率下降。

        圖5 交易生成時間與共識服務(wù)商個數(shù)關(guān)系圖

        車輛用戶V向系統(tǒng)注冊的流程如下:

        (1)V→KDC:EPKDC(num1||M),V用KDC的公鑰PKDC加密隨機(jī)數(shù)num1和注冊信息M,發(fā)送給KDC。

        (2)KDC→V:Enum1(KV||PV),KDC用私鑰KKDC解密,得到num1和M,判斷正誤,若為真,則生成對應(yīng)公鑰PV和私鑰KV,用隨機(jī)數(shù)num1加密后發(fā)送給V。

        KDC將信息發(fā)送給V后,會將注冊信息記錄,并廣播給其他共識服務(wù)商。共識服務(wù)商收到記錄后,進(jìn)行審查,核實(shí)認(rèn)證信息,若信息真實(shí),將該條信息發(fā)送給其他共識服務(wù)商,同時存入相應(yīng)的區(qū)塊中,否則丟棄。

        2.2 車輛用戶的信任管理

        車輛之間預(yù)先未建立信任關(guān)系,當(dāng)車輛進(jìn)行合作下載服務(wù)時,向KDC發(fā)送一個請求,KDC根據(jù)行駛車輛的車速、距離等條件選擇到一些可提供下載服務(wù)的車輛,并把這些車輛用戶的List存放到區(qū)塊鏈的相應(yīng)位置?;谖墨I(xiàn)[15]中的SORT算法設(shè)計車輛用戶的信任管理,以此表現(xiàn)出系統(tǒng)中車輛用戶V的能力和可信任性,如圖6。

        圖6 SORT算法模型

        把KDC對車輛用戶V1的記錄稱為推薦信息,與車輛用戶V2相關(guān)。KDC通過推薦信息、其他車輛的評價信息以及歷史交易的情況計算出推薦信任值S。同時,根據(jù)V2與V1的熟悉情況,得到V1對于V2的信譽(yù)值F。當(dāng)V2順利地從V1得到資源后,會對V1做出新的評價。綜合新的評價、歷史評價,以及V1之前的信譽(yù)值F更新V1的服務(wù)信任值R。

        其中,S(a,b)表示推薦值;G(a,b)表示能力值;H(a,b)表示可信任值;Zmax表示歷史最大值;Z(a,c)表示KDC推薦車輛用戶的次數(shù)。其中G(a,b)和H(a,b)的計算過程如下所示:

        q為推薦滿意度,w為權(quán)值,γ為衰減因子,h為歷史信息。在SORT算法中,不考慮量綱區(qū)別,這些權(quán)值只與交易雙方熟悉度有關(guān),即雙方的交易完成越滿意,交易次數(shù)越多,雙方越熟悉,系數(shù)越大,計算得到相應(yīng)的值也越高。

        信譽(yù)值F由如下公式計算:ˉ

        F為信譽(yù)值,β為交易次數(shù)平均值,Ω(a,b)為車輛用戶之間的交易次數(shù),λb(a,b)表示預(yù)估能力值,λi(a,b)代表預(yù)估正直性,λF(a,b)為預(yù)估信譽(yù)值。λB(a,b)和λi(a,b)計算方式如下:

        Ψ是車隊中各項(xiàng)的推薦信任值與交易次數(shù)乘積之和得到的歸一化系數(shù),服務(wù)信任值R(a,b)的計算如下:

        B(a,RSU)和iB(a,RSU)計算如下公式所示:

        其中,a和b分別表示車輛用戶a和車輛用戶b,R(a,b)為服務(wù)信任值,B(a,RSU)為能力值,Ω(a,b)為交易次數(shù),iB(a,RSU)為正直度,能力值表示歷史交易中的服務(wù)情況,ξ(a,RSU)為車輛用戶滿意度,Φ(a,RSU)為權(quán)重,γ(a,RSU)為衰減因子,Ψ為所有權(quán)重和衰減因子乘積之和。Φ(a,RSU)u和γ(a,RSU)u為歷史交易列表中權(quán)值和退化因子的平均值。

        車輛的推薦信任值S(a,b)、信譽(yù)值F、服務(wù)信任值R(a,b)都由RSU計算,將數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈上,交易產(chǎn)生的評價信息也存儲在區(qū)塊鏈上。

        2.3 協(xié)助車輛的選擇

        要想得到安全可靠的合作下載服務(wù),就要保證參與服務(wù)的車輛用戶是滿足可信任條件的。要解決合作下載中協(xié)助車輛的選擇問題,需要信任管理系統(tǒng)結(jié)合車輛在高速公路上行駛的實(shí)際情況。車輛用戶的選擇如下:

        (1)當(dāng)車輛用戶進(jìn)入RSU通信范圍,需要將注冊標(biāo)識ID,平均速率Vˉ,及進(jìn)入時刻T存入?yún)^(qū)塊鏈中,并由信任管理系統(tǒng)給出當(dāng)前該車輛的服務(wù)信任值。

        (2)車輛用戶通過廣播的方式請求合作下載服務(wù),系統(tǒng)根據(jù)該請求車輛的地理位置、平均車速等信息為其匹配車輛,根據(jù)匹配車輛的服務(wù)信任值,為該請求車輛推薦提供合作下載服務(wù)的協(xié)助車輛。

        2.4 激勵機(jī)制

        由于協(xié)助車輛用戶可能存在的一些未知的機(jī)會行為,為了更好地刺激協(xié)助車輛用戶的積極性?;谖墨I(xiàn)

        [16]設(shè)計績效激勵機(jī)制去激勵協(xié)作車輛用戶更加良好地提供服務(wù),增加請求者和服務(wù)者雙方的利益,促進(jìn)系統(tǒng)的良性發(fā)展。

        假設(shè)P′為請求車輛用戶接收功率,表示為P′=P為協(xié)助車輛用戶的發(fā)送功率,dn為通信距離,hn是瑞利小尺度衰落因子,α為路徑損耗因子,車輛用戶的信噪比為為加性高斯白噪聲功率,得傳輸速率為為噪聲功率譜密度。

        2.4.1 績效模式

        交易中的機(jī)會主義行為,極大地影響了交易的效率,降低了服務(wù)質(zhì)量,分析得到,機(jī)會主義行為多數(shù)發(fā)生在交易雙方提供固定獎勵的情況中。給協(xié)作車輛用戶的支付報酬為固定值a,協(xié)助車輛用戶的行為記作β,交易信息轉(zhuǎn)發(fā)的函數(shù)定義為ω。需求請求者獲得的資源信息效益為ω(β)-a,且需求請求者獲得該資源的情況隨著協(xié)作車輛用戶的行為β變化,即如果協(xié)作車輛用戶愿意付出更多的代價去幫助需求請求者更好地完成交易。

        基于此,考慮將支付給協(xié)助車輛用戶的獎勵與協(xié)助車輛用戶的積極性關(guān)聯(lián)起來,越高效率的服務(wù),得到的獎勵就越多。仍然定義協(xié)助車輛用戶的行為β,交易信息轉(zhuǎn)發(fā)的函數(shù)定義為ω,而給協(xié)作車輛用戶支付的報酬不再是固定值,而是與協(xié)助車輛用戶服務(wù)積極性相關(guān)聯(lián)的λω(β)。為了增加自身的收益,協(xié)助車輛用戶必定會做出增大λω(β)的行為。這樣的模式,既保障了協(xié)助車輛用戶的利益,增加了收益,提高了服務(wù)積極性,有效遏制了協(xié)助車輛用戶的低效率和自私行為,又保障了需求請求者的效益,為系統(tǒng)的良性發(fā)展提供了可持續(xù)性保障。

        2.4.2 協(xié)助車輛用戶收益

        用接收功率P′代表協(xié)助車輛用戶的服務(wù)積極性,假設(shè)協(xié)助車輛用戶和需求請求用戶的風(fēng)險是中性,則協(xié)助車輛用戶的效益函數(shù)可表示為Ux=λ-ξ(P)。其中λ為參與協(xié)助支付給協(xié)助車輛用戶的獎勵,P為協(xié)助車輛用戶在傳輸過程中的發(fā)送功率,ξ()為協(xié)助車輛用戶的開銷函數(shù)。將協(xié)助車輛用戶的物理開銷換算成獎勵單位計量,則ξ(P)是協(xié)助車輛用戶以P的功率進(jìn)行信息交易的開銷。λ也是以獎勵單位計量??梢约僭O(shè)協(xié)助車輛用戶的開銷函數(shù)的二次函數(shù)形式為其中α為將物理量轉(zhuǎn)化為獎勵單位的開銷系數(shù)??梢灾庇^地看出,協(xié)助車輛用戶的P越大,開銷越高,則說明協(xié)助車輛用戶的積極性越高。

        設(shè)定給協(xié)助車輛用戶的獎勵是線性獎勵機(jī)制,即獎勵的多少與協(xié)助車輛用戶的積極性成線性正相關(guān)關(guān)系,有λ=λ0+σP,σ為激勵系數(shù),由系統(tǒng)進(jìn)行管理和設(shè)定,可以看出,協(xié)助車輛用戶得到的獎勵分為兩個部分,其中λ0為固定獎勵,可以理解為保底獎勵,而σP可以理解為績效獎勵,協(xié)助車輛用戶要想最大化自己的利益,就只能通過增大P來達(dá)到。綜合得到協(xié)助車輛用戶的收益函數(shù)為,即協(xié)助車輛用戶得到的獎勵除去協(xié)助過程中自身的消耗。

        2.4.3 RSU的收益

        假設(shè)RSU為風(fēng)險中性,RSU的收益函數(shù)定義為:URSU=ηP′-(λ0+σP′)。P′為接收功率,η為轉(zhuǎn)換系數(shù),括號內(nèi)為需要給協(xié)助車輛用戶的獎勵。當(dāng)需求請求用戶處于RSU信號較差或沒有信號覆蓋的區(qū)域時,通過協(xié)助車輛用戶的幫助,將會獲得更直接的接收效率。為了獎勵協(xié)助車輛用戶的開銷,RSU支付的獎勵形式為基本固定獎勵加績效獎勵,剩余就是RSU凈收益。RSU要獲得更大收益就必須給協(xié)助車輛用戶更多的激勵。

        2.4.4 最優(yōu)結(jié)果

        協(xié)助車輛用戶在給定的激勵系數(shù)下,選擇適當(dāng)行為使得自身收益最大化。協(xié)助車輛用戶可能在未知情況下存在機(jī)會行為,因此首先優(yōu)化RSU的平均收益函數(shù),最優(yōu)問題為:

        由上式,獎勵與付出相關(guān)聯(lián),且獎勵的平均水平不低于固定的最低值URSU(λˉ)。協(xié)助車輛用戶在這樣的激勵機(jī)制下,會選擇最合適的行為以獲取最大的獎勵。首先化簡限制條件,求解總的最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù):

        假設(shè)E[hn]=1,則二次函數(shù)在對稱軸處取得最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)功率協(xié)助車輛用戶的積極行為和固定獎勵λ0沒有關(guān)系,而系統(tǒng)中激勵系數(shù)σ越大,協(xié)助車輛用戶的最優(yōu)行為越大,即激勵系數(shù)σ越大,激勵效果越明顯。但通信距離越遠(yuǎn),其最優(yōu)行為越低,積極性越低,P*求解后,將其帶入條件中,則RSU的收益函數(shù)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為:

        將P*代入目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)得:

        化簡s.t.得:

        將上面兩式的相同部分替換得最后等價為:

        以激勵系數(shù)σ為自變量,上式求偏導(dǎo)得:

        令上式為0,得到最優(yōu)激勵系數(shù)σ*使得RSU的收益函數(shù)取得極大值:σ*=η。求出σ*和P*后,則RSU的最大收益函數(shù)的平均值表示為協(xié)助車輛用戶收益函數(shù)的最大平均值為需求請求者的平均接收速率為:

        B為信道帶寬,h是衰減因子,dn代表需求請求用戶與協(xié)助車輛用戶的距離,τ為距離損耗因子,衰減程度保持一個常量。

        2.5 合作下載公平交易協(xié)議設(shè)計

        當(dāng)車輛用戶在進(jìn)行合作下載交易時,需要順利地把資源和獎勵進(jìn)行交換,如何保證合作下載交易的公平公正是公平交易協(xié)議設(shè)計的主要目的。目前對于區(qū)塊鏈協(xié)議的研究也有許多,例如:文獻(xiàn)[17]設(shè)計了一個多方公平合同簽署協(xié)議解決電子商務(wù)安全;文獻(xiàn)[18]是基于混幣技術(shù),引入半誠實(shí)可信第三方提供參與者身份的混淆服務(wù),結(jié)合盲的可驗(yàn)證加密簽名方案,設(shè)計出的隱私保護(hù)簽署協(xié)議;文獻(xiàn)[19]提出通過基于無證書的高效聚合簽名方案,用于提高區(qū)塊鏈下簽署方簽名驗(yàn)證效率,在區(qū)塊鏈上僅公開簽署方的臨時密鑰以減少系統(tǒng)開銷。

        2.5.1 協(xié)議說明

        (1)依據(jù)文獻(xiàn)[20]設(shè)計該協(xié)議,消息下載轉(zhuǎn)發(fā)車輛V1,服務(wù)請求車輛的車隊Tm,T′m為最終可以獲得消息的車隊,請求服務(wù)的車輛用戶V*。

        (2)主要參數(shù),如表1。

        表1 協(xié)議參數(shù)列表

        (3)Exx=SV1(σExx,V2,η,t,s),Exr=SV2(σExr,V1,η,t,s)和C_k=SV1(σC_k,V1,Tm′,η,ETm′(k))為用戶車輛對消息的簽名,代表用戶車輛V1對密文c的發(fā)送、用戶車輛V2對密文c的接收和V1對密鑰k的公布;分別以Exx、Exr和C_k代表用戶所簽名的原消息。

        (4)消息傳遞:V1?V2:用戶car1以廣播的形式發(fā)送消息,可向車輛集合Tm多播消息,也可向全網(wǎng)廣播;V1?V2:用戶V1向用戶V2發(fā)送消息;V1?V2:用戶車輛V1通過訪問網(wǎng)絡(luò)中的公開信息,從V2處獲得消息。

        2.5.2 實(shí)現(xiàn)的過程

        主要有兩個階段,第一階段是對消息密文的發(fā)送收集不可否認(rèn)證據(jù),第二階段是通過廣播交易的方式,向接收方公布密文的解密密鑰,包含此交易的區(qū)塊成為了接收雙方的不可否認(rèn)證據(jù)。流程如下:

        協(xié)議開始,車輛用戶V1擁有信息m,要發(fā)送給車隊Tm中的成員,車輛用戶V1隨機(jī)選取一個對稱密鑰k和一個合適時間點(diǎn)t計算得到η=h(m,k),S=Ek(m)和Exx=SV1(Exx,Tm,η,t,s),隨后V1向車隊Tm發(fā)送信息(1)。

        車輛用戶V2收到消息(1),用V1的公鑰驗(yàn)證簽名Exx,檢查時間t,若正確,車輛用戶V2保存不可否認(rèn)證據(jù)Exx并計算Exri=SV2(σExr,V1,η,t,s),隨后向車輛用戶V1回復(fù)消息(2),愿意參與協(xié)議,若驗(yàn)證簽名Exx錯誤或者車輛用戶V2不接受時間t,則車輛用戶V2不回應(yīng)。

        車輛用戶V1發(fā)送消息(1)后,開始等待車隊Tm中成員的回應(yīng),收到消息(2)后,車輛用戶V1檢查協(xié)議唯一性標(biāo)簽η及簽名Exri是否正確,若不正確,則忽略消息(2),若正確,則車輛用戶V1保存不可否認(rèn)證據(jù)Exri并將用戶V2加入車隊Tm中。

        車輛用戶V1選擇一個時間T*<t-V2max對外公開交易,超過此時間的消息(2)將被忽略。

        車輛用戶V1回復(fù)消息(2)后,在時刻t訪問區(qū)塊鏈,查詢公開交易信息,從中提取C_k和C_kp,檢查協(xié)議唯一性標(biāo)識η和簽名C_mk的正確性,用私鑰解密E′tm(k)得到密鑰k,再解密得到消息m,保存不可否認(rèn)證據(jù)C_k。若車輛用戶V2未查找到交易信息或簽名C_mk錯誤,則認(rèn)為車輛用戶V1發(fā)布密鑰有誤,協(xié)議終止,不影響公平性。

        假設(shè)車輛用戶V1擁有唯一公私鑰對,同時擁有若干進(jìn)行交易的臨時公私鑰對,設(shè)為V*和V′,不同的公私鑰對就像車輛用戶V1不同的銀行賬戶。假設(shè)車輛用戶V1在交易中獲得不少于g的獎勵,以該交易為輸入,并對外公布C_k和C_kp,交易費(fèi)用為零時,車輛用戶V1沒有任何損失,只是將在賬戶V*下的獎勵轉(zhuǎn)移到了賬戶V′下。

        3 安全性分析

        針對之前敵手模型的安全性目標(biāo),做如下分析:

        (1)抗數(shù)據(jù)欺騙攻擊

        通過信任管理可以有效地對周圍車輛進(jìn)行比較,對協(xié)助車輛進(jìn)行篩選,服務(wù)信任值是信任管理方案中用來衡量車輛用戶可信任性的重要指標(biāo),通過對信任管理中服務(wù)信任值的比較,在進(jìn)行車隊的組成和合作下載協(xié)助車輛的選擇時,優(yōu)先選擇服務(wù)信任值較高的車輛。保障下載服務(wù)過程中協(xié)助車輛所提供數(shù)據(jù)的可靠性,抵抗惡意車輛的數(shù)據(jù)欺騙。

        (2)抗假冒攻擊

        在車輛用戶的身份識別和公平交易協(xié)議中應(yīng)用到區(qū)塊鏈技術(shù),基于區(qū)塊鏈的特性對車輛用戶的隱私數(shù)據(jù)和公開數(shù)據(jù)分開處理,可以在保障用戶隱私的情況下實(shí)現(xiàn)對車輛用戶的識別和追蹤。有效抵抗假冒攻擊,并在公平交易協(xié)議中保障信息交易的公平性公開性,通過不可否認(rèn)證據(jù),達(dá)到合作下載交易順利完成的目的。

        (3)抗壞話攻擊

        通過基于SORT算法設(shè)計的信任管理方案,對車輛用戶服務(wù)信任值的評定建立在多方因素影響下,用戶的評價不是唯一標(biāo)準(zhǔn),會根據(jù)具體的交易完成情況對車輛用戶服務(wù)信任值進(jìn)行綜合的計算,有效抵抗用戶的惡意評價,即抵抗壞話攻擊。

        4 激勵效果仿真分析

        基于系統(tǒng)中對激勵系數(shù)的控制,利用傳輸功率公式和收益公式,對不同激勵系數(shù)和通信距離影響下,在MATLAB2016上進(jìn)行仿真分析,對傳輸功率和獎勵收益的變化通過MATLAB中對應(yīng)仿真的曲線圖來清晰地表現(xiàn)出來。

        由文獻(xiàn)[21-22]得參數(shù)列表如表2。

        表2 參數(shù)列表

        由圖7在該激勵機(jī)制下,協(xié)助車輛用戶的傳輸功率顯著提高,且σ越大,對協(xié)助車輛用戶的激勵作用越大,協(xié)助車輛用戶的傳輸功率越大,積極性越高。

        圖7 協(xié)助車輛用戶轉(zhuǎn)發(fā)功率與通信距離關(guān)系圖

        由圖8可以看出,在本系統(tǒng)中,協(xié)助車輛得到的獎勵收益,隨著激勵系數(shù)的增大而增大,又隨著通信距離的增大而衰減,協(xié)助車輛用戶服務(wù)積極性,與獎勵收益的多少和通信距離的遠(yuǎn)近有很大關(guān)系。通過控制激勵系數(shù),可以有效地激勵其更好地參與系統(tǒng)服務(wù)。

        圖8 協(xié)助車輛用戶獲得效益與通信距離關(guān)系圖

        5 結(jié)束語

        本文在車聯(lián)網(wǎng)的合作下載中,運(yùn)用SORT算法對車輛用戶之間的可信任度進(jìn)行監(jiān)督管理,與可信任的車輛用戶結(jié)成車隊,通過篩選可信任的協(xié)助車輛,接受安全性較高的車輛信息分享服務(wù),加入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用,保障車輛用戶的隱私信息的同時,也方便了監(jiān)管,添加激勵機(jī)制促進(jìn)更多的車輛用戶積極參與,良性發(fā)展,并建立公平交易協(xié)議,保證車輛用戶信息交易的公正性,使得車輛用戶合作下載服務(wù)的安全性和可靠性提高,并有效提高效率。

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