Lightweight Blockchain Based Authentication and Secure Data Sharing in UAV Networks
B. Gnanasankari · R. Padmanaban
提出轻量级联盟链认证与安全数据共享框架LBAS-UAV，用于资源受限无人机网络。
融合ECC、PUF与哈希函数，PBFT联盟链结合IPFS链下存储，AES-128
仅需0.318ms计算与206字节通信开销，计算性能提升38.4%，可抵御多种攻击。
可将该轻量认证框架迁移至农业无人机植保与农田监测场景，研究能耗与实时性权衡。
面向资源受限无人机网络的轻量级区块链认证与安全数据共享方案，方法新颖、验证充分，对智慧农业无人机应用有参考价值，但属通用技术论文，农业场景关联较间接。
无人机网络在飞行自组网(FANETs)中运行，在当代监视、边境巡逻、智慧农业、灾难恢复和智能交通系统中发挥着不可或缺的作用。由于其开放的无线传播信道、动态的视距飞行路径以及严重的计算和电池资源限制，无人机极易受到窃听、消息伪造、节点冒充、物理节点捕获和拒绝服务(DoS)攻击。传统的公钥基础设施(PKI)框架和集中式证书颁发机构(CAs)存在沉重的密码学开销、显著的通信延迟和单点故障漏洞，使其不适用于任务关键的空中集群。本文提出了LBAS-UAV，一种鲁棒的、轻量级的、联盟区块链辅助的相互认证、密钥协商和安全数据共享框架，专为资源受限的无人机环境量身定制。LBAS-UAV集成了椭圆曲线密码学(ECC)、物理不可克隆函数(PUFs)和带密钥的密码学哈希函数，无需高开销的双线性配对或证书管理即可实现相互认证。动态无人机假名保护飞行路径隐私和用户不可追踪性。由地面控制站(GCS)和移动边缘服务器在实用拜占庭容错(PBFT)共识下共同维护的联盟区块链，提供去中心化的公钥验证、不可否认性和防篡改的访问审计。为消除链上存储瓶颈，大容量空中传感遥测数据通过AES-128-GCM加密并存储在星际文件系统(IPFS)的链下，而仅将32字节的密码学内容地址和细粒度访问策略注册在链上。使用Real-Or-Random(ROR)预言机模型、Burrows-Abadi-Needham(BAN)逻辑和自动化AVISPA工具进行的形式化安全验证确认，LBAS-UAV保证会话密钥机密性，并能抵抗物理捕获、重放、中间人和临时秘密泄露攻击。广泛的硬件基准测试和网络仿真表明，LBAS-UAV在无人机上仅需0.318毫秒的密码学执行时间和206字节的通信开销，在计算方面优于近期最先进的方案高达38.4%，在能效方面优于25.3%。