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基于区块链的物联网设备身份认证协议研究

 
【摘要】:近年来,随着共享经济的不断发展,其背后的物联网技术也愈发引起人们的关注。物联网技术具有规模庞大、结构复杂、成本限制高等特点,这使得物联网安全问题十分棘手。身份认证问题是解决物联网安全问题的关键,传统物联网身份认证协议假设服务器和阅读器之间通过安全信道进行通信,且大多采用中心化架构进行管理。然而,物联网规模的不断扩大以及诸如移动阅读器、云服务器等新应用场景的陆续提出使得传统身份认证协议受到了挑战,这主要表现在以下三个方面:其一,服务器和阅读器之间不再存在安全信道;其二,协议内可能出现恶意阅读器;其三,中心化网络架构难以承受逐渐增大的网络负担。区块链具有去中心化、可追溯、不可更改等特点,可以很好地解决这些问题,但是其具有吞吐量瓶颈。区块格是区块链技术中的一种有向无环图结构,与传统链式结构相比,其可以有效地增加吞吐量,但这仍不能满足实际应用的要求。本文基于区块链的物联网设备身份认证协议,将区块格运用到物联网身份认证协议中。但是,将区块格运用在身份认证协议中存在两方面困难:一是由于共识机制的存在,区块格的吞吐量仍难以满足协议需要;二是标签不能执行区块链要求的签名运算。为了解决这些问题,本文在设计协议的时候结合传统身份认证协议和区块格的优势。首先,本文分析了传统身份认证协议存在的问题,并针对这些问题给出了对应的解决思路,并提出了协议的框架。其次,针对吞吐量不足的问题,本文分析了双花攻击对区块格结构的影响,提出了容忍分叉的区块格结构,并证明了其上仍具有偏序关系,从而解决了区块格结构可能遭受双花攻击导致无法正常工作的问题。然后,本文结合传统协议设计了基于区块格结构的身份认证协议,协议中去掉了共识机制,从而去除了协议的吞吐量瓶颈。最后,本文给出了针对此协议的安全性分析和效率分析,分析结果说明本文协议在解决了上述三个问题的同时仍具有与传统协议一致的安全性以及渐进意义上一致的效率。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP311.13;TP391.44;TN915.08

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