基于区块链的智能物件认证技术研究

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随着物联网技术的快速发展,智能物件作为物联网底层实现的依托实体,正被越来越多的研究人员所关注。智能物件泛指物理世界中嵌入了智能化芯片和软件的具备一定感知、计算和执行能力的实体,其已被广泛应用在诸如智能穿戴、智能家居、智慧城市等各种物联网实际场景当中。但是随着物联网技术的逐渐普及,其所面临的安全问题也日益严重。由于物联网本身拓扑结构的复杂性以及智能物件本身计算资源的约束性,传统的互联网安全技术并不完全适用于物联网。因此,如何为物联网设计一套适用可行的安全机制,一直都是研究热点。本文针对物联网中智能物件的安全认证问题,提出了一套新的解决方案,主要贡献如下:  (1)提出了一种基于区块链的智能物件认证方案。本文通过结合区块链与智能物件各自的特性,提出了一种新的基于区块链技术的智能物件认证方案。方案通过将节点间认证所需公开密钥参数信息存入区块链账本中,供握手交互过程使用,达到在去中心化信任的坏境下进行认证的目的。该方案对比目前已有的认证方案,可以有效解决认证节点失效、信任体系过于中心化以及信任成本过高等问题。  (2)设计了零知识证明和区块链结合的智能物件身份认证算法。基于不需要提供任何私密信息证明和区块链公开账本不可篡改特性,设计了物联网中智能物件的身份认证算法,用以实现物联网中更加安全的身份认证流程。  (3)设计并搭建了该认证方案的原型系统。本文以目前主流的物联网操作系统之一Contiki系统以及Sky智能物件节点作为软硬件实验平台,搭建和实现了该智能物件认证方案的原型系统,来对本方案的可行性进行验证,同时针对该方案在实际物理场景中的表现,做了一个较全面的性能评估。  本文在充分分析区块链本身所具有的数据不可篡改性、去中心化以及公开账本等特性后,将其与智能物件的特性相结合,提出了基于区块链的智能物件认证方案和认证算法。该方案利用区块链分布式存储的特点,将传统认证方案中由节点自身保存密钥参数或引入一个中心化的信任实体来维护密钥参数的方式,变为将密钥参数作为一个公开账本的部分内容,并由众多节点进行分布式共同管理和维护,从而摆脱了传统方案中信任体系过于中心化等带来的安全性问题。
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