bài tập lớn thông tin di động Giao thức chia sẻ thông tin sự kiện dựa trên blockchain trên internet của các phương tiện cho các thành phố thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THÔNG TIN DI ĐỘNG
Đề tài: Giao thức chia sẻ thông tin sự kiện dựa trên blockchain trên
internet của các phương tiện cho các thành phố thông minh
Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS Trần Quang Vinh
Sinh viên thực hiện: Nhóm 4

Hà Nội, 5/2021


GIAO THỨC CHIA SẺ THÔNG TIN SỰ KIỆN DỰA TRÊN BLOCKCHAIN
TRÊN INTERNET CỦA CÁC PHƯƠNG TIỆN CHO CÁC THÀNH PHỐ
THÔNG MINH.

Hệ thống giao thông thông minh là một ứng dụng tiên tiến nhằm cung cấp thông tin về ùn tắc, tai
nạn giao thông, thông tin khẩn cấp cho các phương tiện khác, v.v. Trong các hệ thống giao thông
truyền thống, đơn vị bên đường (RSU: road-side unit) đóng vai trị là cơ quan trung tâm và có vai trị
quan trọng vai trị duy trì mọi thứ trong mạng. Để giải quyết điểm lỗi duy nhất (single point of failure)
cũng như để đạt được tính bất biến của dữ liệu, mạng giao thông phi tập trung dựa trên blockchain là
rất cần thiết và quan trọng. Để chia sẻ thông tin quan trọng giữa tất cả các đơn vị bên đường, chúng tôi
thiết kế một mạng đặc biệt dành cho xe cộ phi tập trung dựa trên blockchain mà có thể hỗ trợ thuộc
tính bất biến dữ liệu. Chúng tơi cũng đã thiết kế một giao thức chứng thực cho người dùng phương
tiện và một cơ chế đồng thuận để xác thực các giao dịch. Ngoài ra, một cơ chế hợp đồng thơng minh
cũng đã được đề xuất. Các phân tích về bảo mật khơng chính thức xác nhận thuộc tính ẩn danh cùng
với các yêu cầu bảo mật khác. Chúng tôi cũng đã tính tốn và thảo luận về chi phí giao tiếp, tính tốn
và lưu trữ của chương trình được đề xuất.

1.1 Giới thiệu chung
Trong những thập kỷ gần đây, các phương tiện thông minh và tự vận hành đang gia tăng nhanh
chóng. Nguồn gốc của cơng nghệ hiện đại như cảm biến, Internet of Things (IoT) cho phép các thiết bị
thông minh cung cấp một sân chơi dành cho những phương tiện này trong các đô thị thông minh và
nền tảng của hệ thống giao thông thông minh (ITS: intelligent transportation system) [1]. Mục tiêu của
ITS là cải thiện hiệu quả của hệ thống giao thông và đảm bảo an toàn và an ninh cho cả người lái xe và
người đi bộ. Tính năng vận hành của các phương tiện thơng minh và tự động hồn tồn phụ thuộc vào
tốc độ của người lái xe, giao tiếp giữa các thiết bị thông minh và với các phương tiện thông minh khác
(IV: intelligent vehicle). Trong mạng lưới giao thông đặc biệt (VANET: vehicular ad-hoc networks),
các IV được trang bị các mơ-đun giao tiếp và cảm biến mà qua đó các IV thu thập thơng tin cần thiết
và phát nó tới các IV khác và các đơn vị bên đường (RSU). Mục tiêu của Internet-of-vehicle (IoV) là
phát đi các thông báo về sự kiện nguy hiểm như trạng thái tốc độ của người lái xe, báo cáo tai nạn, báo
cáo nguy cơ môi trường và thông báo kẹt xe, v.v. tới các phương tiện lân cận và RSU trong thời gian
ngắn hơn với độ chính xác cao. Sự hiện diện của các phương tiện độc hại hoặc những kẻ tấn công
trong hệ thống VANET cản trở quá trình nêu trên. Kẻ tấn cơng có thể phát thơng báo sự kiện sai để
đánh lừa các phương tiện khác và kết quả là thông báo sự kiện thực không thể được phổ biến đúng
cách cho các phương tiện và RSU khác [2]. Do đó, tính xác thực của các bản tin trong VANET là rất
quan trọng.
Sự xuất hiện của IoV đóng một vai trò thiết yếu trong việc cứu mạng người lái xe bằng cách phổ
biến các thơng điệp quan trọng. Trong tình hình hiện tại, có ba loại giao tiếp tồn tại trong hệ thống
VANET. Loại đầu tiên chỉ xem xét các phương tiện, thường được gọi là giao tiếp giữa xe với xe (V2V:
vehicle-to-vehicle) [3]. Giao tiếp V2V vận hành bằng cách sử dụng các on-board units (OBU). Loại
giao tiếp thứ hai tồn tại giữa phương tiện và RSU, được gọi là phương tiện với cơ sở hạ tầng (V2I:
vehicle-to-ỉnastructure). Các RSU đang có nhiều khả năng tính tốn và lưu trữ hơn các phương tiện.
Loại giao tiếp thứ ba tồn tại giữa phương tiện và người đi bộ hoặc người đi xe đạp, được gọi là
phương tiện giao thông với mọi thứ (V2X: vehicle-to-everything). Ở đây, mọi thứ đại diện cho người
đi bộ, người đi xe đạp, v.v. Về nguyên tắc, hệ thống VANET không tuân theo bất kỳ cấu hình hoặc
kiến trúc liên kết nào. Tất cả các phương tiện đều được trang bị bộ cảm biến (hoặc nút) mà qua đó
phương tiện thu thập dữ liệu và truyền đến các phương tiện khác và RSU.

Để tham gia vào quá trình chia sẻ dữ liệu trong hệ thống VANET, các thông báo sự kiện quan
trọng cần phải được truyền chính xác đến các IV và RSU. Thông báo sự kiện được phân loại thành ba
loại chính: loại thứ nhất bao gồm các thơng điệp thơng báo bình thường. Những thơng báo này chẳng
hạn như trạng thái lái xe được phát đi trong mạng theo một khoảng thời gian lặp lại đều đặn. Loại thứ
hai bao gồm các thơng báo thơng báo an tồn. Các thơng điệp này tức là các thông điệp về tai nạn và
các thông điệp về nguy hiểm trong môi trường được phát đi khi các sự kiện quan trọng xảy ra trên
đường. Cuối cùng là tin nhắn tiếp xúc. Những thông báo này được phát đi khi kẻ tấn công xâm nhập
vào mạng và cố gắng giao tiếp với các thực thể khác của mạng [4].
Trong hệ thống VANET truyền thống, các thông điệp được truyền tới IV và RSU qua các kênh
khơng an tồn, và có khả năng cao là nó có thể bị kẻ tấn cơng ngăn chặn hoặc điều chỉnh. Các thông
báo sự kiện được thu thập bởi RSU và chúng lưu trữ dữ liệu trong nền tảng server đám mây, tạo thành
một cơ sở dữ liệu tập trung. Phương thức tập trung này trong hệ thống VANET truyền thống dẫn đến
các vấn đề bảo mật như các cuộc tấn cơng độc hại tập trung. Do đó, vấn đề rị rỉ dữ liệu có thể xảy ra
nếu nó bị tấn cơng hoặc tác động bởi đối thủ. Vì số lượng IV đang tăng lên từng ngày, chi phí bảo trì
cho một cơ sở dữ liệu đám mây tập trung cũng đang tăng lên, tốn nhiều thời gian. Trong khu vực có
mật độ xe cộ cao, RSU bị quá tải với các tài ngun tính tốn và mặt khác, trong khu vực mật độ thấp,
tài ngun tính tốn của RSU sẽ rảnh [5]. Giao tiếp không dây trong hệ thống VANET có thể bao gồm
các phương tiện bất hợp pháp phát thông báo sự kiện giả tới các IV và RSU khác trong quá trình chia
sẻ dữ liệu và làm gián đoạn q trình truyền bình thường. Thơng tin giả mạo có thể gây ra tai nạn giao
thơng nghiêm trọng. Để giải quyết những thách thức này, cần thiết kế hệ thống lưu trữ phi tập trung và
cơ chế blockchain có khả năng giải quyết những thách thức này.
Để cung cấp quyền riêng tư và sự tin cậy, các nguyên tắc mã hóa sau đây phải được hệ thống
VANET đáp ứng [2].
•
•
•
•
•

•
•
•

Tính xác thực: Tất cả các thực thể đang hoạt động như phương tiện phải được xác minh trước
khi truy cập các dịch vụ từ hệ thống VANET.
Tính không bác bỏ: Các thực thể đang hoạt động đang tham gia vào q trình chia sẻ dữ liệu,
khơng thể bị từ chối hoạt động trên dữ liệu.
Tính chính trực: Thông báo sự kiện được gửi bởi thực thể hoạt động của hệ thống VANET
không bị thay đổi bởi các thực thể tham gia khác hoặc bởi bất kỳ thực thể độc hại nào.
Tính riêng tư: Danh tính của các phương tiện được giữ kín trong khi truyền các thơng điệp sự
kiện quan trọng đến các phương tiện và RSU khác.
Tính khả dụng: Các thực thể đang hoạt động gửi chi tiết sự kiện quan trọng cho các thực thể
khác bất kỳ lúc nào, bất chấp các sự kiện sai hoặc điều kiện xấu. Ngồi ra, chúng có khả năng
đối phó với các cuộc tấn cơng mà vẫn cung cấp dịch vụ.
Tính tin cậy: Các thực thể đang hoạt động sử dụng các ngun tắc mã hóa (ví dụ như lược đồ
mã hóa, hàm băm, v.v.) để truyền dữ liệu bí mật đến các thực thể tham gia khác.
Tính truy xuất nguồn gốc: Đây là khả năng truy tìm danh tính thực của phương tiện khi
phương tiện gửi thơng tin chi tiết về sự kiện quan trọng sai cho các phương tiện và RSU khác.
Tính hiệu quả và mạnh mẽ: Các phương tiện đang hoạt động có thể sử dụng các thuật tốn nhỏ
và chi phí chung để chuyển các chi tiết sự kiện sang các phương tiện và RSU khác. Tuy nhiên,
các thông báo sự kiện quan trọng phải được gửi đến các phương tiện và RSU trong thời gian
thực để có thể thực hiện phân tích các thơng báo đó và thực hiện hành động tương ứng.
1.1.1 Tầm quan trọng của blockchain trong VANET
Những nguyên nhận chính phải sử dụng blockchain trong hệ thống VANET được liệt kê dưới

đây.
•

Hệ thống VANET dựa trên blockchain cung cấp sự an tồn và tin cậy hơn trong hệ thống

VANET hiện có mà không cần bất kỳ bên thứ ba đáng tin cậy nào (hoặc cơ quan trung ương).


•
•
•
•
•

Nó cung cấp một hệ thống lưu trữ dữ liệu phi tập trung an toàn và đáng tin cậy. Nhờ vậy, vấn
đề lỗi một điểm (single-point failure) khơng tồn tại.
Nó cung cấp tính năng ẩn danh có điều kiện để bảo tồn danh tính của các phương tiện khi các
phương tiện chia sẻ thông tin chi tiết về sự kiện quan trọng với các phương tiện và RSU khác.
Nó cung cấp các khối có thứ tự thời gian và bất biến.
Nó cho phép xác nhận và xác minh các thơng báo sự kiện quan trọng bởi nhiều phương tiện
dựa trên cơ chế đồng thuận.
Nó cung cấp sự minh bạch trong hệ thống VANET vì tất cả các thực thể đang hoạt động đều
có cùng một bản sao của blockchain.
1.1.2 Những đóng góp chính

Những đóng góp chính của bài báo bao gồm:
• Một khn khổ cho hệ thống VANET với cơng nghệ blockchain cung cấp độ tin cậy cho các
bản tin quan trọng được đề xuất trong bài báo này.
• Để cung cấp độ tin cậy của bản tin, một giao thức chứng thực phương tiện được thiết kế bởi
server đám mây và sau đó thuật tốn đồng thuận được sử dụng để đảm bảo.
• Chúng tơi đã thiết kế một thuật tốn hợp đồng thơng minh giữa các phương tiện của hệ thống
được đề xuất.
• Các phân tích về bảo mật chứng minh rằng giao thức này không bị ảnh hưởng bởi tấn công
liên quan và đạt được tất cả các tính chất cần thiết như tính tồn vẹn, xác thực, v.v..
1.1.3 Cấu trúc của bài báo

Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau: Phần 2 cung cấp tổng quan ngắn gọn về
blockchain bao gồm tính năng nổi bật của blockchain, các loại blockchain khác nhau, cấu trúc của một
khối, cơ chế hợp đồng thông minh, thuật toán đồng thuận và các ứng dụng blockchain trong các lĩnh
vực khác nhau. Phần 3 mô tả các vấn đề liên quan dựa trên cơ chế blockchain trong hệ thống VANET.
Phần 4 giải thích chương trình được đề xuất. Phần này bao gồm ba giai đoạn của kế hoạch được đề
xuất với cơ chế hợp đồng thông minh giữa các phương tiện. Phần 5 trình bày phân tích về bảo mật của
giao thức được đề xuất.
Phần 6 trình bày đánh giá về hiệu suất của giao thức được chúng tôi đề xuất. Và cuối cùng, phần
7 đưa ra kết luận cho bài báo cùng với hướng nghiên cứu trong tương lai.

1.2 Tổng quan về blockchain
Blockchain là một công nghệ sổ cái (ledger) phân tán ngang hàng cho phép trao đổi tài sản số mà
không cần cơ quan trung ương. Các nút trong mạng blockchain được phân phối trên toàn mạng và
khơng ai kiểm sốt chúng. Việc loại bỏ quyền lực trung tâm cung cấp sự tin cậy giữa tất cả các nút.
Các nguyên tắc ghi một lần và chỉ đọc được sử dụng trong cơ chế blockchain. Một khi tài sản số được
lưu trữ trong mạng blockchain, khơng ai có thể thay đổi nó. Thuộc tính này được gọi là tính bất biến.
Do đặc tính bất biến của blockchain, nó trở thành một trong những công nghệ đột phá. Tài sản số được
xác minh bởi phần lớn các nút có trong mạng blockchain. Vào khoảng năm 2008–09, lần đầu tiên
blockchain được giới thiệu bởi một người có tên là Satoshi Nakamoto khi ông giới thiệu tiền điện tử
bitcoin [6]. Công nghệ blockchain có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiều loại ứng dụng bao gồm hệ
thống chuỗi cung ứng, chứng chỉ giáo dục, hồ sơ y tế điện tử, hồ sơ nhân dân của chính phủ, hệ thống
VANET, hệ thống du lịch và du lịch, v.v. Cơ chế blockchain [7] cung cấp các thuộc tính sau:
• Tính bất biến: Thuộc tính bất biến là tính năng cốt lõi của cơ chế blockchain. Một khi tài sản
số được lưu trữ trong mạng blockchain, khơng ai có thể thay đổi nó. Các khối được kết nối với
khối trước đó bằng cách sử dụng hàm băm mật mã và tất cả các khối được sắp xếp theo thứ tự
thời gian, do đó việc tác động lên bất kỳ khối nào gần như không thể xảy ra trong hệ thống
dựa trên blockchain.


•

Tính
phân
tán:
Các
nút
tham
gia
được
phân
phối
tồn
cầu
trên
mạng
và
khơng
Hình 1: Cấu trúc của một khối (block) trong blockchain
có cơ
quan
trung ương nào có thể kiểm sốt mạng. Bất kỳ nút nào cũng có thể tham gia vào mạng dựa
trên blockchain và sau khi tham gia, nút mới sẽ đồng bộ hóa với các nút khác để có được bản
sao hợp lệ và cập nhật của blockchain.
• Sổ cái chung: Mỗi thành viên tham gia vào hệ thống dựa trên blockchain ghi lại các giao dịch
của mình vào một sổ cái chung. Để thêm một giao dịch mới, phần lớn các thành viên trong
mạng chạy các thuật toán để đánh giá và xác minh giao dịch được đề xuất. Nếu họ đồng ý
rằng giao dịch hợp lệ, giao dịch đó sẽ được thêm vào sổ cái chung của từng thành viên trong
mạng. Vì tất cả các thành viên tham gia đều có một bản sao hồn chỉnh của blockchain nên
khơng một thành viên nào có quyền thay đổi dữ liệu.
• Theo trình tự thời gian: Blockchain hoạt động thơng qua các khối được đánh dấu thời gian,

được sắp xếp theo thứ tự thời gian và hàm băm được bảo mật bằng mật mã được sử dụng để
kết nối các khối này. Do đó, nếu một đối thủ tác động lên bất kỳ khối nào thì tất cả các khối
theo sau khối này đều bị vơ hiệu.
• Tính minh bạch: Tất cả các nút của người tham gia đều có bản sao giống nhau và được cập
nhật của blockchain. Do đó, tính minh bạch hồn tồn được duy trì trong mạng blockchain.
• Tính tự động: Cơ chế blockchain thơng qua một giao thức đồng thuận là một thuật toán mở và
minh bạch. Các giao thức này cho phép tất cả các thực thể tham gia trong hệ thống dựa trên
blockchain trao đổi thơng tin một cách an tồn.
• Tính mở: Thơng tin cá nhân và nhạy cảm của các thực thể tham gia vào một giao dịch cụ thể
được mã hóa và nó được cơng khai cho tất cả. Do đó, thơng tin rất dễ kiểm chứng. Bất kỳ ai
cũng có thể kiểm tra thông tin được lưu trữ trong mạng blockchain.
• Cải thiện về bảo mật: Một trong những lợi ích quan trọng của công nghệ blockchain là liên
quan đến việc cải thiện bảo mật. Nó sử dụng các hàm băm bảo mật bằng mật mã và các thuật
toán đồng thuận mở cho các hoạt động của nó. Blockchain Bitcoin sử dụng thuật tốn băm an
tồn 256 bit và thuật tốn proof-of-work (PoW).
• Tính tin cậy: Nhờ có các tính năng trên của blockchain, các khối được lưu trữ trong tất cả các
nút tham gia trong mạng bằng cách sử dụng cơ chế blockchain là nhất quán và đáng tin cậy.
Cách phân loại phổ biến của blockchain là chia nó thành hai loại chính. Loại đầu tiên là
blockchain cơng khai, trong đó bất kỳ ai cũng có thể tham gia mạng và thực hiện giao dịch với bất kỳ
nút nào khác. Khơng cần có sự chấp thuận của các cơ quan chức năng khác để tham gia vào
blockchain công khai. Tiền điện tử bitcoin dựa trên blockchain công khai.
Loại thứ hai được gọi là blockchain riêng tư, trong đó chỉ một số nút được chọn có thể tham gia
mạng bằng cách sử dụng cơ chế kiểm soát truy cập. Trong cả hai loại mạng blockchain đều có các nút


đặc biệt được gọi là nút khai thác (miner). Nút khai thác có tài ngun tính tốn lớn. Cơng việc của các
thợ là xác thực khối mới và giải quyết khó khăn về mặt tính tốn để tìm ra giá trị băm của khối mới.
Các hàm băm mật mã một chiều được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ này. Khi thực hiện việc này, các
nút khai thác có thể được thưởng. Sau khi xử lý xong giá trị băm của khối mới, các nút khai thác sẽ
phát khối mới này cho các nút khác. Kết quả là tất cả các nút đều chứa cùng một bản sao cập nhật của

chuỗi khối. Blockchain cơng khai sử dụng thuật tốn đồng thuận PoW để giải quyết nhiệm vụ trên [8].
Trong cơ chế blockchain, thông tin (hoặc tài sản số) được lưu trữ dưới dạng khối. Các khối được
sắp xếp theo thứ tự thời gian trong blockchain. Khối gốc của blockchain được gọi là genesis block. Tất
cả các khối được kết nối với khối tương ứng trước đó và tạo ra một chuỗi các khối. Mỗi khối bao gồm
giá trị băm của khối trước đó, mốc thời gian, nonce và gốc merkle. Gốc merkle là một giá trị băm duy
nhất của tất cả thông tin được thu thập tại một khoảng thời gian cụ thể bởi nút khai thác. Giá trị băm
merkle có nguồn gốc từ thuật tốn merkle, một thuật tốn mật mã. Mỗi nút khai thác tạo ra một khối
mới〈Bi〈. Tiêu đề khối (block header) bao gồm băm khối trước đó (Ph), gốc merkle (Mr), nonce (N),
mốc thời gian (Ti) để tạo khối, phiên bản khối (Bv), và một số ngẫu nhiên khó (d) cho giá trị mong
muốn như được hiển thị trong Hình 1. Nút khai thác cố gắng tìm kiếm giá trị băm của khối hiện tại
(Ch), dựa theo giá trị nonce phù hợp (N), nhỏ hơn mục tiêu độ khó 〈d〈. Mục tiêu khó〈d〈 được điều
chỉnh định kỳ tại khoảng thời gian đều nhau. Công thức chung cho điều này là:
H ((Mr) || (Ph) || (Ti) || N) <= d (1)
Các hợp đồng thông minh và thuật tốn đồng thuận là hai chức năng chính của cơ chế
blockchain. Nick Szabo đưa ra khái niệm hợp đồng thông minh vào năm 1994. Theo Nick Szabo, hợp
đồng thông minh là một giao thức giao dịch máy tính thực hiện các điều khoản của hợp đồng. Hợp
đồng thông minh là các quy tắc và quy định mà được gọi là tập lệnh hoặc chương trình, được viết bằng
ngơn ngữ lập trình cấp cao [9]. Các ngơn ngữ như nodejs, python, go, solidity, v.v. được sử dụng để
viết các tập lệnh. Ethereum sử dụng ngơn ngữ lập trình solidity cho các hợp đồng thơng minh của nó.
Một bản sao của các hợp đồng thơng minh có sẵn ở mọi nút. Nếu nút tuân theo các quy tắc và quy
định, thì nút đó có thể thực hiện giao dịch hoặc tương tác với các nút khác. Các hợp đồng thông minh
được thực thi độc lập và tự động trong một môi trường an tồn, cung cấp tính chính xác cho việc thực
thi và tính tồn vẹn của mã và dữ liệu. Mặt khác, thuật toán đồng thuận là một thỏa thuận chung cho
q trình xác thực khối mới [10]. Trong thuật tốn đồng thuận, phần lớn các nút xác nhận khối mới.
Nếu số lượng nút xác nhận chính xác khối mới, thì khối mới sẽ được đưa vào mạng blockchain. Nếu
khơng thì loại bỏ khối khỏi mạng blockchain. Blockchain công khai và riêng tư sử dụng thuật toán
đồng thuận khác nhau. Blockchain công khai sử dụng PoW, proof-of-stake (PoS), delegated proof-ofstake (DPoS), federated byzantine agreement (FBA), v.v. và blockchain riêng sử dụng raft, byzantine
fault tolerance (BFT), practical byzantine fault tolerance (PBFT), ripple protoal consensus algorithm
(RPCA), v.v.
1.2.1 Các ứng dụng của blockchain

Blockchain có rất nhiều ứng dụng đa dạng. Hiện tại, nhiều lĩnh vực đang áp dụng cơng nghệ
blockchain. Do tính chất phi tập trung, tính minh bạch, tính bất biến, v.v. nên nó có thể được áp dụng
trong các lĩnh vực khác nhau [11]. Trong phần này, chúng tôi thảo luận về một số ứng dụng của cơng
nghệ blockchain.
• Chăm sóc sức khỏe: Với việc áp dụng công nghệ blockchain trong chăm sóc sức khỏe, hồ sơ
sức khỏe của bệnh nhân có thể được chia sẻ với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau và bệnh
nhân có tồn quyền quyết định chia sẻ hồ sơ của họ với các nhà cung cấp dịch vụ như bác sĩ,
công ty bảo hiểm, nhà thuốc, nhà nghiên cứu sức khỏe, v.v. Hơn nữa, tính minh bạch trên tồn
bộ mạng lưới chăm sóc sức khỏe sẽ được cải thiện. Hồ sơ sức khỏe của bệnh nhân có thể rất
hữu ích cho các nhà nghiên cứu sức khỏe để đưa ra quyết định tốt hơn cho một bệnh cụ thể.
• Chuỗi cung ứng: Cơng nghệ blockchain có thể được sử dụng để đối phó với nhiều thách thức
khác nhau mà ngành cung ứng phải trải qua như theo dõi sản phẩm, hệ thống lưu trữ hồ sơ
phức tạp, v.v. Hiện tại, nhiều công ty và doanh nghiệp khởi nghiệp sử dụng cơ chế blockchain
để khắc phục các vấn đề của hệ thống chuỗi cung ứng truyền thống. Modum (công ty khởi


•

•

nghiệp có trụ sở tại Thụy Sĩ) cùng với Đại học Zurich đã thiết kế một nền tảng để phân phối
dược phẩm an tồn.
Internet of Things: Việc tích hợp cơng nghệ blockchain với IoT cho phép giao tiếp ngang hàng
giữa các nút IoT có thể được áp dụng để theo dõi sản phẩm trong hệ thống chuỗi cung ứng. Nó
cung cấp rất nhiều nền tảng có tính linh hoạt và phi tập trung cho các thiết bị IoT và các ứng
dụng của nó.
Quản lý danh tính: Quản lý danh tính là lĩnh vực tiếp theo mà chính phủ đang cố gắng áp dụng
cơ chế blockchain và tìm ra giải pháp cho những thách thức mà hệ thống quản lý danh tính
truyền thống đã phải đối mạt (ví dụ: trộm danh tính). Hyper-ledger Indy là một sổ cái phân tán
được xây dựng để quản lý danh tính phi tập trung.

1.3 Các nghiên cứu liên quan
Cơ chế blockchain đã thu hút được nhiều sự chú ý với việc quản lý dữ liệu phi tập trung. Các
nghiên cứu gần đây đã sử dụng các cơ chế đồng thuận khác nhau để chia sẻ dữ liệu an tồn trong các
mạng giao thơng hỗ trợ blockchain. Shrestha et al. [12] đã đề xuất một framework dựa trên blockchain
để trao đổi thông tin giữa các phương tiện và RSU trong hệ thống VANET. Các tác giả cố gắng giải
quyết vấn đề về phổ biến thông tin mà hệ thống VANET truyền thống gặp phải. Trong nghiên cứu của
họ, các phương tiện hoạt động như một nút khai thác và thực hiện cơ chế đồng thuận PoW để khai thác
một khối mới. Zhang et al. [13] đã trình bày một framwork chia sẻ dữ liệu an tồn dựa trên blockchain
để giải quyết các vấn đề liên quan đến thông báo thông tin trong môi trường IoV. Họ sử dụng cơ chế
thưởng phạt và cơ chế đồng thuận dựa trên PoW để xác nhận. Trong [14], các tác giả đã đề xuất cơ chế
đồng thuận DPoS nâng cao cho IoV hỗ trợ blockchain dựa trên danh tiếng và lý thuyết về hợp đồng.
Việc lựa chọn nút khai thác được thực hiện bằng cách sử dụng cơ chế danh tiếng và nó dựa trên mơ
hình logic chủ quan đa trọng số.
Ngược lại, Zhang and Chen [5] đã đề xuất hệ thống lưu trữ và chia sẻ bảo mật dữ liệu dựa trên
blockchain liên hợp (DSSCB) để giải quyết các vấn đề về độ tin cậy của tin nhắn và xác nhận danh
tính của phương tiện. Họ đã sử dụng phương pháp chữ ký số dựa trên đường cong êlip và blockchain
liên hợp để lưu trữ thông tin. Framework của họ bảo vệ danh tính của người dùng và có quy mô nhỏ.
Tương tự, để giải quyết độ tin cậy thông tin của phương tiện, các tác giả trong [15] đã đề xuất
công nghệ blockchain cho phép framework quản lý tin cậy phi tập trung cho hệ thống VANET. Mơ
hình toán học suy luận Bayes được sử dụng để xác thực các thông tin mà các phương tiện nhận được
từ các phương tiện lân cận. Trong giao thức được họ đề xuất, RSU hoạt động như một công cụ khai
thác và các tác giả sử dụng cả cơ chế đồng thuận PoW và PoS. Đối với việc xác nhận khối, họ xem xét
độ tin cậy của chiếc xe với thông tin của chiếc xe.
Để đảm bảo tính đúng đắn của các sự kiện trong hệ thống quản lý hoạt động thông minh (ITM:
intelligent traffic management), Yang et al. [16] đề xuất mơ hình xác thực sự kiện dựa trên blockchain
bằng cách sử dụng cơ chế đồng thuận proof-of-event (PoE). Trong nghiên cứu của họ, RSU thu thập
các sự kiện và khởi tạo cơ chế đồng thuận PoE giữa các phương tiện đi qua gần đó để xác minh tính
hợp lệ của sự kiện. Trong [17], các tác giả đã đề xuất framework xác thực và xây dựng lòng tin nhiều
lớp dựa trên blockchain để duy trì mối quan hệ tin cậy giữa các thực thể mạng. Phương tiện nào có giá

trị tin cậy lớn hơn giá trị ngưỡng tin cậy được bầu làm cơng cụ khai thác. Lợi ích của cơ chế trên là
các tác giả điều chỉnh mơ hình tin cậy lấy thực thể làm trung tâm để đảm bảo quyền sở hữu dữ liệu.
Tuy nhiên, cơ chế đồng thuận và các vấn đề về khuyến khích khai thác không được thảo luận.
Để giải quyết vấn đề phổ biến thông tin trong hệ thống VANET, các tác giả trong [18] đề xuất hệ
thống VANET dựa trên blockchain. Họ xem xét thông tin sự kiện với mức độ tin cậy của các phương
tiện và điều chỉnh cơ chế đồng thuận PoW. Để ngăn chặn việc phân phối các thông điệp giả mạo từ các
phương tiện trong hệ thống VANET, Lu et al.[19] đề xuất một blockchain dựa trên hệ thống danh tiếng
ẩn danh (BARS: blockchain-based anonymous reputation system) dựa trên thuật toán đánh giá danh
tiếng. Thuật toán đánh giá danh tiếng xem xét cả tương tác lịch sử giữa các phương tiện và ý kiến gián
tiếp về phương tiện cụ thể. Các giao thức proof-of-presence và proof-of-absence được sử dụng làm cơ
chế đồng thuận.


Li et al. [20] đề xuất mạng thông báo khuyến khích bảo vệ quyền riêng tư dựa trên blockchain
được cho phép cho các phương tiện trong các đô thị thông minh. Các tác giả tập trung vào việc phát
tin cậy bản tin thông báo trong hệ thống VANET mà không tiết lộ danh tính của phương tiện. Cả
phương tiện và RSU đều tham gia vào cơ chế đồng thuận và cơ chế đồng thuận BFT được sử dụng để
xác nhận khối. Trong [21], các tác giả tích hợp mạng giao thơng với điện tốn biên di động (mobilr
edge computing) để giải quyết vấn đề chia sẻ dữ liệu bằng cách sử dụng blockchain liên hợp hỗ trợ
hợp đồng thông minh. Phương pháp chia sẻ dữ liệu dựa trên danh tiếng của các phương tiện cũng dựa
trên mơ hình logic chủ quan ba trọng số.
Để đạt được sự tin tưởng trong hệ thống VANET, một hệ thống danh tiếng ẩn danh dựa trên
blockchain đã được các tác giả đề xuất [22]. Họ đã điều chỉnh hai blockchain dựa trên thuật toán
proof-of-presence và proof-of-absence. Để khuyến khích các phương tiện, thuật tốn quản lý danh
tiếng đã được đề xuất. Các tác giả trong [23] đề xuất một môi trường chia sẻ dữ liệu tin cậy cho các
phương tiện dựa trên công nghệ blockchain. Họ đã nghiên cứu hệ thống truyền thông giữa các phương
tiên giao thông thông minh dựa trên phần thưởng và cơ chế đồng thuận PoW. Tương tự, trong [24], các
tác giả đã đề xuất framework tin cậy dựa trên điểm cho phương tiện thông minh để giao tiếp giữa các
phương tiện sử dụng công nghệ blockchain trong ITS. Họ áp dụng thuật tốn đồng thuận proof-ofdriving nhằm mục đích xác thực).
Để giải quyết việc trao đổi thông tin sự kiện an tồn trong mơi trường IoV, chúng tơi đề xuất một

khuôn khổ mới dựa trên cơ chế blockchain. Giao thức được đề xuất xem xét cả sự kiện quan trọng và
xác thực khối. Bảng 1 cho thấy sự so sánh của sơ đồ dựa trên blockchain hiện tại cho hệ thống
VANET, cùng với blockchain cụ thể những thách thức được các tác giả giải quyết. Tóm tắt được trình
bày trong Bảng 1

1.4 Hệ thống được đề xuất
1.4.1 Tông quan về hệ thống
Chúng tôi đã xem xét một số thực thể cụ thể là (1) Máy chủ đám mây, (2) Xe cộ, (3) RSU và (4)
Nút xác thực cho hệ thống đề xuất. Tất cả các ký hiệu được sử dụng trong sơ đồ đề xuất được minh
họa trong Bảng 2. Mô tả của các thực thể là được đưa ra trong Bảng 2.
•

•

•

Máy chủ trên đám mây: Tất cả các RSU đang hoàn tất thủ tục đăng ký và được kết nối trực
tiếp với máy chủ đám mây. Trong hệ thống chuyên nghiệp, máy chủ đám mây lưu trữ thơng
tin nhạy cảm như danh tính phương tiện (IDvehb), Danh tính RSU (IDrsua, IDrsur), cặp khóa
RSU (PUBrsua, PRIrsua) (trình tạo khóa cơng khai (PKG) được sử dụng để tạo cặp khóa),
danh tính tạm thời của xe (TIDvehb), thử thách và phản ứng tương ứng với mỗi phương tiện
(i) (Ci, Ri). Các phương tiện không kết nối trực tiếp với đám mây. Nó gửi thơng tin của họ lên
đám mây với sự trợ giúp của RSU. Đám mây có đủ khơng gian để nó có khả năng lưu trữ tất
cả các thông tin nhạy cảm. Ở đây, chúng tôi giả định rằng quản trị viên của đám mây là người
đáng tin cậy thực thể và không chuyển thông tin nhạy cảm cho bên thứ ba.
Các đơn vị lề đường (RSUs): Nói chung, các RSU tồn tại trong hệ thống dọc theo con đường
và chúng tôi giả định rằng cứ hai hoặc ba km thì có một RSU. RSU được trang bị đủ bộ nhớ
để lưu trữ thông tin. Tất cả các phương tiện đã đăng ký với RSU gần nhất có sẵn trong khu
vực gần đó. RSU lưu trữ phương tiện danh tính và danh tính tạm thời của nó (IDvehb,
TIDvehb) và chuyển tiếp cùng một thông tin (IDvehb, TIDvehb) lên đám mây người phục vụ.

Do đó, mỗi RSU lưu trữ thông tin nhạy cảm của phương tiện lân cận nhưng máy chủ đám mây
lưu trữ thông tin nhạy cảm của tất cả các phương tiện có trong mơi trường IoV. Xe đăng ký chỉ
có một RSU. Mặc dù vậy, nếu xe đi vào cụm khác do tính chất cơ động thì khơng cần đăng ký
lại với các RSU khác. Đối với trường hợp đó, RSU trước tiên sẽ hỏi về việc đăng ký của một
chiếc xe cụ thể từ đám mây người phục vụ. Nếu máy chủ đám mây phản hồi với xác nhận tích
cực, điều đó có nghĩa là các phương tiện không đăng ký với RSU, nếu không xe phải đăng ký
với RSU khác.
Phương tiện: Các phương tiện là thực thể chính của hệ thống được đề xuất. Giao thức truyền
thông V2V được sử dụng để liên lạc giữa các phương tiện. Các phương tiện được ưu tiên theo


thông báo sự kiện giao thông và phản hồi thu được từ các phương tiện lân cận và RSU. Các
phương tiện được trang bị OBU, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), Wi-Fi, v.v. OBU thu thập
các thông báo sự kiện quan trọng (Ei) và phân phối đến các RSU gần nhất. OBU lưu trữ danh
tính của RSU nơi phương tiện đã đăng ký (IDrsua), danh tính của phương tiện (IDvehb), thử
thách (Cb), chức năng không thể phối hợp vật lý (PUF) và danh tính tạm thời của phương tiện
(TIDvehb). Xe không chỉ tạo ra các thông báo sự kiện quan trọng mà cịn tham gia vào q
trình xác nhận các thơng điệp sự kiện. Sau q trình xác nhận, phương tiện sẽ gửi báo cáo đến
RSU gần nhất. RSU chuyển tiếp cùng một thông tin đến máy chủ đám mây. Máy chủ đám
mây thực hiện hoạt động và đưa ra xác nhận cho RSU tương ứng. RSU đưa ra quyết định thích
hợp dựa trên báo cáo. bên trong cơng việc đề xuất, có hai loại nút dành cho xe cộ: nút đầy đủ
và nút một phần. Các nút đầy đủ có sức mạnh tính tốn cao chịu trách nhiệm xác thực sự kiện
(Ei). Các nút từng phần có ít sức mạnh tính tốn hơn và chúng khơng tham gia vào quá trình
xác nhận.
Sơ đồ được đề xuất để chia sẻ an toàn các sự kiện quan trọng được thể hiện trong Hình 2. Nó được
chia thành ba giai đoạn cụ thể là (1) Giai đoạn đăng ký, (2) Giai đoạn xác nhận và phát hiện sự kiện,
và (3) tạo khối, xác thực khối, và giai đoạn cập nhật. Mô tả của cả ba giai đoạn được đưa ra trong Phần
1.4.2 – 1.4.4.
1.4.2 Quy trình đăng kí
Đây là giai đoạn đầu tiên trong kế hoạch của chúng tơi, trong đó RSU và phương tiện được đăng

ký với máy chủ đám mây và RSU tương ứng. Các RSU và giai đoạn đăng ký phương tiện của khn
khổ đề xuất được trình bày trong Hình 3.
1.4.2.1 Đăng kí các đơn vị lề đường (RSUs)
Khi hệ thống được khởi tạo, tất cả RSU được đăng ký với máy chủ đám mây. Máy chủ đám mây
lưu trữ thông tin của tất cả các RSU ở dạng mã hóa bằng cách sử dụng kênh bảo mật. RSU cũng tạo ra
khối genesis, là khối đầu tiên cho mạng blockchain. RSU a thực thi những điều sau:
Bước 1: RSUa chọn một danh tính duy nhất (ID rsua) và gửi (IDrsua) đến máy chủ đám mây bằng
mạng an toàn.
Bước 2: Sau khi nhận (IDrsua), máy chủ đám mây tạo cặp khóa (rsua, PRI rsua) cho RSUa bằng cách
sử dụng PKG
Bước 3: Máy chủ đám mây phân phối (PUB rsua, PRIrsua) tới RSUa bằng cách sử dụng mạng an
toàn.
Bước 4: Khi nhận (PUBrsua, PRIrsua), RSUa giữ (PRIrsua) và khai báo (PUBrsua) trong phạm vi công
cộng.
Bước 5: Máy chủ đám mây nhận được cặp khóa của nó (OUN cd, PRIcd) bằng cách sử dụng PKG.
1.4.2.2 Đăng kí phương tiện
Tất cả các phương tiện được đăng ký với RSU lân cận và thông tin nhạy cảm của phương tiện
được lưu trữ trên cả RSU và máy chủ đám mây tương ứng. Các phương tiện và máy chủ đám mây
không được kết nối trực tiếp. Chúng được kết nối thông qua RSU. RSU chuyển thông tin nhạy cảm
của xe tới máy chủ đám mây. Hơn nữa, chiếc xe chỉ đăng ký với một RSU. Nếu bất kỳ RSU nào muốn
có thơng tin nhạy cảm của các phương tiện khác, nó sẽ lấy thông tin trực tiếp từ máy chủ đám mây.
VEHb thực hiện các thao tác sau:
Bước 1. VEHb chọn một danh tính duy nhất (ID vehb) và gửi (IDvehb) đến RSUa gần đó thơng qua
ngoại tuyến hoặc trực tiếp.
Bước 2. Khi nhận (IDvehb), RSUa chọn Cb và sử dụng (PUF) [25] để nhận Rb, tương ứng với Cb.
Bước 3. Lưu trữ RSUa (IDrsua, IDvehb, Cb, PUF, TIDvehb), trong OBU cùng với bộ phát, được cài
đặt tại VEHb.


Bảng 1: Sơ đồ so sánh dựa trên blockchain hiện có cho VANET

Tài
liệu
tha
m
khảo
[12]

Ý chính

Thách thức cụ
thể của
blockchain

Lợi ích

Định hướng
tương lai

Khn khổ dựa
trên chuỗi khối để trao đổi các thông
điệp trong Hệ thống VANET

Cơ chế đồng thuận
bằng chứng công
việc

Giải quyết vấn đề về khả năng mở
rộng, bằng cách cung cấp blockchain
cục bộ và cơng khai

Cơ chế hợp đồng
thơng minh

•

•

[13]

Khung chia sẻ dữ
liệu an tồn dựa trên cơng nghệ
chuỗi khối để giải quyết các vấn đề
liên quan đến thông báo thông báo
trong mơi trường IoV

Vấn đề khuyến
khích khai thác,
Hợp đồng thơng
minh, Cơ chế đồng
thuận Proof-of-work

Giải quyết vấn đề về khả năng mở
rộng, bằng cách cung cấp chuỗi khối
chính và phụ trợ

Giao thức xác thực
và tạo khóa

[14]

•
Cơ chế đồng thuận
DPoS nâng cao để kích hoạt
blockchain

Cơ chế đồng thuận
bằng chứng cổ phần
được ủy quyền, cơ
chế khuyến khích

Áp dụng cơ chế khuyến khích dựa
trên lý thuyết hợp đồng để cung cấp
phần thưởng cho các thợ đào

Cơ chế hợp đồng
thông minh

Hợp đồng thông
minh, cơ chế đồng
thuận chịu lỗi
byzantine thực tế

Bảo vệ danh tính của người dùng do
sử dụng phương pháp chữ ký số và
cung cấp giao thức có thể mở rộng
quy mơ nhỏ

Cơ chế khuyến
khích cho các nút

cảm biến

Cơ chế đồng thuận
bằng chứng công
việc

Cùng với thông điệp của phương tiện,
giá trị tin cậy của phương tiện cũng
được xem xét để xác nhận khối

Chi phí tính tốn

Cơ chế đồng thuận
bằng chứng công
việc

Giải quyết vấn đề về khả năng mở
rộng, bằng cách cung cấp chuỗi khối
cục bộ (được duy trì bởi RSU) và
chuỗi khối tồn cầu (được duy trì bởi
cơ quan thực thi pháp luật)

Cơ chế hợp đồng
thơng minh

•
IoV dựa trên danh
tiếng và lý thuyết hợp đồng
[5]

[15]

•
Để giải quyết các
vấn đề về độ tin cậy của tin nhắn và
xác thực danh tính của phương tiện
trong hệ thống VANET, cơ chế
DSSCB đã đề xuất
•

Để giải quyết độ
tin cậy của thơng điệp của phương
tiện, blockchain

•
cơng nghệ cho
phép khung quản lý tin cậy phi tập
trung cho hệ thống VANET
[16]

•
Để đảm bảo tính
đúng đắn của các sự kiện lưu lượng,
mơ hình xác thực sự kiện lưu lượng
dựa trên blockchain đã đề xuất
•

[17]

Khn khổ xác

thực và xây dựng lòng tin dựa trên
nhiều lớp, dựa trên blockchain, để
duy trì mối quan hệ tin cậy giữa các
thực thể mạng

Lựa chọn thợ mỏ
cho chuỗi khối trung
đội

Áp dụng mơ hình tin cậy lấy thực thể
làm trung tâm để đảm bảo quyền sở
hữu và tính tồn vẹn của dữ liệu

Cơ chế đồng thuận

[18]

•
Để giải quyết vấn
đề phổ biến thông điệp, hệ thống
VANET dựa trên blockchain đã
được đề xuất

Cơ chế đồng thuận
bằng chứng công
việc

Thông qua thông điệp sự kiện và mức
độ tin cậy của phương tiện để tạo một
khối mới

Lựa chọn các nút
khai thác và cơ chế
khuyến khích.

[19]

•
BARS dựa trên
thuật toán đánh giá danh tiếng

Cơ chế đồng thuận
bằng chứng công
việc

Sử dụng cả giao thức bằng chứng về
sự hiện diện và bằng chứng về sự
vắng mặt để xác thực và các nguyên
thủy mã hóa adpot để đạt được xác
thực của các phương tiện

Cơ chế hợp đồng
thơng minh

[20]

•

Hệ thống
CreditCoin dựa trên giao thức tổng

hợp thơng báo về phương tiện

•

Cơ
chế đồng thuận chịu
lỗi Byzantine, khai
thác

•

Các vấn đề khuyến
khích khai thác là

Cải tiến giao thức
BFT

giải quyết đầy đủ của các tác giả

khuyến khích
[21]

[22]

•
Tích hợp mạng xe
cộ với điện toán biên di động cùng
với blockchain liên hợp hỗ trợ hợp
đồng thơng minh

•
Đồ
ng thuận, hợp đồng
thơng minh

•
Áp dụng cơ chế
danh tiếng để chia sẻ dữ liệu giữa các

•
Để đạt được sự tin
tưởng trong hệ thống VANET, hệ

•
Cá
c giao thức bằng

•
Áp dụng các nguyên
tắc mật mã để đạt được xác thực của

•

Lựa chọn các nút
khai thác

xe cộ
Cơ chế hợp đồng
thông minh

thống danh tiếng ẩn danh dựa trên
blockchain đã được đề xuất

chứng về sự hiện
diện và bằng chứng
về sự vắng mặt

các phương tiện. Nhưng cơ chế hợp
đồng thông minh cơ bản khơng được
các tác giả giải quyết

[23]

•
Khuyến khích cho
phép khung chia sẻ dữ liệu xe thơng
minh dựa trên cơng nghệ blockchain

•
Đồ
ng thuận, khuyến
khích khai thác

•
Áp dụng hệ thống
liên lạc thơng minh trên xe dựa trên
phần thưởng

Giao thức xác thực

[24]

•
Khung dựa trên
điểm tin cậy phương tiện thông minh
để giao tiếp giữa các phương tiện
trong hệ thống ITS bằng cách sử
dụng công nghệ blockchain

•
Cơ
chế đồng thuận bằng
chứng lái xe

•
Xác minh dễ dàng
tin nhắn nhận được đã được thực hiện
bởi chương trình này

Cơ chế hợp đồng
thông minh và giao
thức xác thực và xác
thực


Hình 2: Biểu diễn của hệ thống được đề xuất (ở dạng lưu đồ).


Bảng 2: Mô tả các ký hiệu khác nhau được sử dụng trong chương trình đề xuất

Bước 4. RSUa thực thi A = EPUBcd (Cb || Rb || TIDvehb), và gửi (IDrsua, IDvehb, A) đến máy chủ đám
mây.
Bước 5. Khi nhận (ID rsua, IDvehb, A), máy chủ đám mây thực thi DPRI cd (A) để nhận (Cb, Rb,
TIDvehb).
Bước 6. Máy chủ đám mây lưu trữ (IDvehb, Cb, Rb, TIDvehb) RSU khơn ngoan trong bộ nhớ của nó.
Bước 7. Máy chủ đám mây gửi thông báo xác nhận đến RSU a thông báo rằng tất cả các hoạt
động đã được thực hiện chính xác.
Nhận xét: PUF [25] đã được đưa vào hình ảnh như một bản gốc mật mã, là một phần cứng cho
phép một chức năng một chiều. PUF là một đơn vị vật lý dễ chế tạo, không thể dự đốn hoặc sao chép
nó. Nếu nhà sản xuất cố gắng thiết kế PUF trùng lặp cũng không khả thi. Do những đặc tính này, hiện
tại, PUF được sử dụng cho các thiết bị hạn chế thấp. PUF cũng sử dụng các cặp phản hồi thử thách
(CRP) cho cơ chế xác thực.
1.4.3 Phát hiện sự kiện và quy trình đăng kí
Đây là giai đoạn thứ hai của kế hoạch được đề xuất, trong đó một phương tiện phát hiện sự kiện
quan trọng và các phương tiện khác xác định sự kiện quan trọng. Sau khi xác nhận, xe sẽ gửi phản hồi


của nó tới RSU gần nhất. Giai đoạn xác nhận và phát hiện sự kiện của khung đề xuất được minh họa
trong Hình 4.
1.4.3.1 Phát hiện sự kiện bởi phương tiện
Nếu bất kỳ sự kiện quan trọng nào (Ei) được phát hiện bởi phương tiện (VEHb), nó sẽ được báo
cáo trực tiếp cho (RSUr) gần nhất. Phương tiện (VEHb) gửi thông tin chi tiết về sự kiện quan trọng
(Ei), danh tính của phương tiện (IDvehb) và một số thơng số khác chính xác nhất (RSUr). (RSUr)
tương ứng chuyển tiếp thơng tin tương tự đến máy chủ đám mây để xác thực phương tiện vì phương
tiện độc hại có thể gửi chi tiết sự kiện sai đến (RSUr). Máy chủ đám mây trước tiên kiểm tra tính xác
thực của phương tiện bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu của nó và sau khi xác thực phương tiện, nó sẽ
gửi thơng báo xác nhận tới (RSUr). Do đó, máy chủ đám mây và RSU không xử lý sự kiện quan trọng
được gửi bởi các phương tiện độc hại
Giả sử rằng một số sự kiện ( E i ) đã được phát hiện bởi phương tiện ( VEH b ) (hoặc) người sử

dụng phương tiện đã quan sát thấy một số sự kiện ( E i ).
VEH b thực hiện như sau:
Bước 1. OBU của VEH b tính B = H ( E i ǁR b ) , D = E R b ( TID v eh b ) , và gửi các tham số
〈ID v eh b , ID rsu a , ID rsu r , B, D, E i〈tới RSU r . OBU sử dụng PUF để tính R b .
Bước 2. RSU r chuyển tiếp công khai 〈ID v eh b , ID rsu a , ID RSU r , B, D, E i 〈 tới máy chủ
đám mây.
Bước 3. Máy chủ đám mây tìm kiếm ID v eh b bằng cách sử dụng ID rsu a trong bộ nhớ của nó,
và tìm R b và TID v eh b.
Bước 4. Sau khi nhận được R b và TID v eh b , máy chủ đám mây tính = E R b ( TID v eh b ) và
= H ( E iǁ R b ).
Bước 5. Nếu (( ) = D & ( = B )) đúng, máy chủ đám mây sẽ gửi thông báo xác nhận đến RSU r ;
VEH b là một xe được chứng thực, và ( E i ) là sự kiện chính xác.
Phân tích tính đúng đắn của điều kiện ( = D ): Tham số D là phụ thuộc vào ( TID v eh b ) , và (
R b ). Phép toán E (.) trên ( TID v eh b ) bằng ( R b ) cung cấp D . Trong giao thức được đề xuất, máy
chủ đám mây lưu trữ các tham số 〈ID v eh b , C b , R b ,TID v eh b〈 trong bộ nhớ của nó. Nó duy trì
một bảng để lưu trữ các tham số này và nhận dạng RSU ( ID rsu a ) được sử dụng làm khóa để truy
xuất những thơng số. Để cung cấp tính đúng đắn của điều kiện ( = D ), người ta giả định rằng kẻ tấn
công giả mạo ( ID v eh b ) , và giá trị mới là ( IDv eh b) . Máy chủ đám mây tìm kiếm ( Iv eh b) trong
bộ nhớ của nó. Nếu ( Iv eh b) khơng tồn tại, thì đám mây máy chủ phản hồi với ( RSU a ), ( Iv eh b)
không tồn tại trong cơ sở dữ liệu. Hơn nữa, nếu nó được kết hợp với một số khác, giá trị tương ứng
của 〈C b , R b , TID v eh b〈 cũng thay đổi. Để đơn giản, chúng ta coi giá trị mới là 〈b , b ,TIv eh b〈.
Do đó, khi máy chủ đám mây thực hiện thao tác E (.) Trên ( Iv eh


Hình 3: Giai đoạn đăng ký của chương trình của chúng tơi

Hình 4: Giai đoạn xác nhận và phát hiện sự kiện của chương trình của chúng tơi.


bằng cách sử dụng ( b ) , nó nhận giá trị khác ( ) mặc dù ( D ), vì ( RSU r ) đã gửi các tham số 〈ID v

eh b , ID rsu a , ID RSU r , B, D, E i〈 tới máy chủ đám mây. Do đó nó biết rằng ( VEH b ) không phải
là một phương tiện đã được xác thực, và sự kiện quan trọng xuất hiện không phải là sự kiện thực sự.
Máy chủ đám mây gửi cùng một thông báo xác nhận tới ( RSU r ).
Phân tích tính đúng đắn của điều kiện ( = B ) : Để cung cấp tính đúng đắn của điều kiện ( =
B ), người ta giả định rằng, kẻ tấn công thay đổi ( ID v eh b ) . Do đó, theo thảo luận đã nêu ở trên, giá
trị của ( R b ) cũng thay đổi. Chúng ta giả định giá trị mới đó là b. Tham số B phụ thuộc vào < E i , R b
> và H (.) Hoạt động của < E i , R b > cung cấp B . Máy chủ đám mây thực hiện phép toán H (.)
trên 〈E i , b 〈, và nó nhận giá trị khác ( ) mặc dù ( B ). Hơn nữa, nếu kẻ tấn công thay đổi E i thành
E j , vẫn giữ nguyên danh tính phương tiện ( ID v eh b ) . Máy chủ đám mây nhận được kết quả khác
với ( B ). Do đó, trong cả hai trường hợp, đám mây máy chủ biết rằng ( VEH b ) không phải là một
phương tiện đã được xác thực hoặc sự kiện quan trọng không phải là sự kiện đúng. Máy chủ đám mây
gửicùng một thông báo xác nhận tới ( RSU r ).
1.4.3.2 Xác nhận sự kiện ( E i ) bởi các phương tiện ( VEH i )
Sau khi nhận được thông báo xác nhận từ máy chủ đám mây, RSU tương ứng sẽ phát thông tin
chi tiết về sự kiện ( E i ) tới các phương tiện lân cận trong khu vực lân cận. Sau đó, những chiếc xe
này xác nhận sự kiện quan trọng và gửi xác nhận thông báo tới các RSU tương ứng . Thơng báo xác
nhận bao gồm danh tính của phương tiện, danh tính RSU và một số các thơng số khác để kiểm tra tính
xác thực của phương tiện. RSU tương ứng chuyển tiếp cùng một thông tin lên đám mây người phục
vụ. Máy chủ đám mây kiểm tra tính xác thực của phương tiện, gửi phản hồi đến RSU . Các RSU mất
thích hợp quyết định dựa trên thơng báo phản hồi.
Sau khi xác thực VEH b bằng máy chủ đám mây, các phương tiện khác VEH i và RSU r sẽ thực
hiện các thao tác sau:
Bước 1. Sau khi nhận được xác nhận từ máy chủ đám mây, RSU r tính H a = H ( E i ) và gửi 〈E i
, H a〈 đến xe Vehi hiện có trong miền mà ( i = 1 , 2 , 3 ... .i ) .
Bước 2. Khi nhận 〈E i , H a〈 , các phương tiện khác tính H a = H ( E i ).
Bước 3. Nếu ( a = H a ) đúng thì các phương tiện khác xác minh; dù sự kiện ( E i ) có đúng hay
khơng. Đối với sự kiện chính xác, các phương tiện phản hồi bằng 1, ngược lại là 0.
Bước 4. OBU của các phương tiện khác VEH i tính D v i = E R i ( TID v eh i ǁ1 ( hoặc ) 0 ) ,
trong đó các phương tiện khác tính R i bằng cách sử dụng C i và Chức năng PUF và gửi 〈ID v eh Vi,
ID RSU r , D v i) tới RSU r công khai.

Bước 5. RSU r chuyển tiếp < ID v eh Vi, ID RSU r , D v i〈 tới máy chủ đám mây. Máy chủ đám
mây tìm kiếm ID v eh Vi trong bộ nhớ của nó và tìm R i và TID v eh Vi
Bước 6. Sau khi nhận được R i và TID v eh Vi, máy chủ đám mây tính D v i = E R i ( TID v eh i ǁ
1 ( hoặc ) 0 ) nơi nối máy chủ đám mây 1 (hoặc) 0 on E R i ( TID v eh i )
Bước 7. Nếu ( v i = D v i ) đúng, máy chủ đám mây sẽ gửi thông báo xác nhận đến RSU r ; VEH
tôi là một phương tiện đã được xác thực.
Bước 8. Máy chủ đám mây trích xuất 1 (hoặc) 0 từ v i và tính p và q từ tất cả các v i và gửi 〈
p, q 〈 đến RSU r bằng cách sử dụng mạng an toàn.
Bước 9. Khi nhận 〈 p, q 〈, RSU r sẽ đưa ra quyết định (E i) có đúng hay khơng. Nếu quyết định
là có thực thi giai đoạn 3, ngược lại loại bỏ E i .


Phân tích tính
đúng đắn của
điều kiện ( a =
H a ): Tham
số ( H a ) phụ
thuộc
vào
phép toán 〈 E
i 〈 và H (.)
Của
〈 E
i 〈 cung cấp (
H a ). Để cung
cấp tính đúng
đắn của ( a =
H a ), chúng
ta giả sử rằng
kẻ tấn công

thay đổi sự
kiện E i thành
E j . Các
phương tiện
lân cận thực
hiện phép toán
H (.) trên 〈 E
j〈.
Do đó,
tất cả các
phương tiện
có giá trị khác
( a ) thay vì ( H a )

Hình 5: Giai đoạn tạo và cập nhật khối của chương trình

Bởi vì, RSU r đã gửi 〈E i , H a〈 cho các phương tiện khác. Kết quả là tất cả các phương tiện đều biết
rằng sự kiện quan trọng là khơng chính xác và gửi cùng một thơng báo xác nhận tới ( RSU r ).
Phân tích tính đúng đắn của điều kiện ( v i = D v i ): Trong giao thức đề xuất của chúng ta, (
RSU r ) chuyển tiếp 〈ID v eh i , ID RSU r , D v i〈các tham số cho máy chủ đám mây. Tham số (D v i )
phụ thuộc vào (TID v eh i ) với sự nối 1 (hoặc) 0 và (R b ). Ở đây, 1 cho biết sự kiện (E i) là sự kiện
chính xác, và 0 cho biết sự kiện ( E i ) là sự kiện khơng chính xác. Các E (.) Hoạt động trên ( TID v eh
i ) với nối 1 (hoặc) 0 bằng cách sử dụng ( R b ) cung cấp ( D v i ) . Để cung cấp tính đúng đắn của điều
kiện ( D v i = D v i ), giả định rằng, kẻ tấn công thay đổi ( ID v eh i ) và giá trị mới là ( Iv eh i) . Máy
chủ đám mây tìm kiếm ( Iv eh i) trong bộ nhớ. Nếu ( Iv eh i) khơng tồn tại, thì máy chủ đám mây phản
hồi với ( RSU r ), ( Iv eh i) không tồn tại trong cơ sở dữ liệu.
Hơn nữa, nếu nó khớp với một số nhận dạng khác, giá trị tương ứng của 〈C i , R i , TID v eh i〈
cũng thay đổi. Vì ta coi giá trị mới là 〈i , i , TI v eh i〈.
Do đó, khi máy chủ đám mây thực hiện thao tác E (.) Trên ( Iv eh i) với nối 1 (hoặc) 0 bằng cách
sử dụng ( i ) , nó nhận giá trị khác ( v i ) . Do đó, điều kiện bình đẳng ( v i = D v i ) không giữ và máy

chủ đám mây biết rằng ( VEH i ) không phải là phương tiện đã được xác thực và sự kiện ( E i ) khơng
phải là sự kiện chính xác. Quy trình được lặp lại với mọi phương tiện lân cận xác nhận sự kiện ( E i ).
Phân tích trên chứng minh rằng điều kiện bình đẳng ( v i = D v i ) là cần thiết để xác nhận sự kiện ( E
i ) và để xác thực phương tiện.


1.4.4 Giai đoạn tạo khối, xác thực khối và cập nhật
Đây là giai đoạn thứ ba của kế hoạch được đề xuất, trong đó một RSU tạo ra một khối mới và
truyền phát cho các RSU còn lại để xác nhận khối. Sau khi xác thực thành công một khối mới, tất cả
các RSU cập nhật chuỗi khối của nó và trả lời bằng một thông báo xác nhận tới RSU đang khởi tạo .
Giai đoạn tạo khối, xác thực khối và cập nhật của đề xuất khung được đưa ra trong Hình 5
1.4.4.1 Tạo khối mới B i bởi RSU r
Khi nhận được thông báo xác nhận từ máy chủ đám mây, RSU r quyết định liệu sự kiện quan
trọng có đúng hay khơng và tạo một khối mới (B i) tương ứng. Khối bao gồm tiêu đề khối và nội dung
khối. Tiêu đề khối chứa chia khối trước ( P h ), gốc merkle ( M r ), nonce ( N ), dấu thời gian ( T i ) để
tạo khối, phiên bản khối ( B V ) và số ngẫu nhiên ( d ) cho giá trị mục tiêu mong muốn. Phần thân khối
chứa sự kiện quan trọng ( E i ) với danh tính của phương tiện và RSU(ID v eh Vb, ID RSU r) như
trong Hình 1. Cây merkle là cây nhị phân, được tạo bằng cách sử dụng (E i , ID v eh Vb, ID RSU r)
tham số.
Phép toán chia H (.) Trên (E i, ID v eh Vb, ID RSU r) cung cấp giá trị gốc ( M r ) của cây merkle
được lưu trữ trên khối tiêu đề để tính tốn thêm. Các RSU r tính khối chia hiện tại ( C h ) cho một khối
mới < B i > dựa trên chia khối ( P h ), gốc merkle ( M r ), nonce ( N ) và dấu thời gian ( T i ).
Cơng thức tốn học để đạt được điều này là:
( C h ) = H (( P h ) ǁ ( M r ) ǁ ( N ) ǁ ( T i ))
Ban đầu, giá trị nonce đặt thành 0 và tại mỗi lần lặp, giá trị này được tăng lên một. Các giá trị
khối ( P h ), ( M r ), ( T i ) được chia nhiều lần với các giá trị khác nhau của ( N ) để tạo ra chỉ số chia
hiện tại phù hợp ( C h ), thỏa mãn độ khó mục tiêu ( d ).
1.4.4.2 Chặn xác thực và cập nhật blockchain cho các RSU còn lại
Khi một khối mới 〈B i〈 đã được tạo bởi RSU r , RSU r phát khối mới 〈B i〈 tới RSU i cịn lại ,
trong đó i = 1 , 2 , 3 . . . i để xác thực khối bằng cách sử dụng mật mã khóa cơng khai với cơ chế chữ

ký số. Các RSU r ý mã hóa khối bằng khóa cơng khai ( PUB rsu i ) , sau đó sử dụng một số phương
pháp chữ ký số tiêu chuẩn để làm cho nó được ký. Lưu ý rằng, RSU r sẽ thực hiện các hoạt động này
cho tất cả RSU i còn lại . Bây giờ, RSU cịn lại, trước tiên sẽ kiểm tra tính xác thực của chữ ký bằng
cách sử dụng khóa cơng khai của RSU r(PUB rsu r), và sau đó giải mã chặn sử dụng khóa riêng của
RSU i < PRI RSU i > để nhận được thông báo ban đầu. Sau khi xác minh, tất cả RSUi thêm khối < B i
> vào blockchain và gửi một thông báo xác nhận thêm thành công với RSU r . Sau khi thêm khối vào
blockchain bằng tất cả RSU, quá trình thêm khối tiếp theo sẽ bắt đầu nếu có u cầu.
Trình tự các bước sau được thực hiện để xác nhận khối mới 〈B i〈 .
Bước 1. RSU r thực hiện phép toán E (.) Trên 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r > sử
dụng ( PUB RSU i ) , và áp dụng chữ ký số trên giá trị được mã hóa và gửi kết quả đến RSU i , trong
đó i = 1 , 2 , 3 . . . i .
Bước 2. RSUi khác kiểm tra tính xác thực của chữ ký bằng cách sử dụng 〈PUB rsu r〈, sau đó
thực hiện thao tác D (.) trên đó bằng cách sử dụng 〈PRI rsu i〈 để nhận các tham số 〈C h , M r , N, T i
, E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 .
Bước 3. Để kiểm tra tính toàn vẹn của sự kiện quan trọng 〈E i〈 , RSU i tính tốn ( r ) là kết quả
của phép toán H (.) trong 〈E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 và kiểm tra xem ( r ) = ( M r ) ?. Nếu điều
kiện giữ ngun thì RSUi sẽ tính ( h ) , ngược lại thì kết thúc quá trình.
Bước 4. Sau khi xác thực thành cơng 〈E i〈 , RSU i tính toán ( h ) = H (( P h ) ǁ ( M r ) ǁ ( N ) ǁ
( T i )) .
Bước 5. Nếu ( h ) = ( C h ) đúng, RSU i nhận ra rằng 〈B i 〈là đúng và thêm 〈B i 〈vào chuỗi
khối, và gửi thông báo xác nhận tới RSU r .


Phân tích tính đúng đắn của các điều kiện (( r = M r ) & ( h = C h )):
Trong giao thức được đề xuất, ( RSU r ) chuyển tiếp 〈C h ,M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU
r〈 tham số cho tất cả các tham số còn lại ( RSU i ) tồn tại trong mạng. Để làm điều này, trước tiên (
RSU r ) áp dụng hoạt động E (.) trên các tham số này 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈,
và sau đó sử dụng phương pháp chữ ký số tiêu chuẩn trên giá trị được mã hóa. Để cung cấp tính đúng
đắn của (( r = M r ) & ( h = C h )) điều kiện, chúng ta giả định rằng kẻ tấn công thay đổi một vài tham
số từ 〈C h , M r , N, T i , E i , ID v eh Vb, ID RSU r〈 và giá trị cập nhật là 〈C h , M r , , i , i , I v eh

Vb,I RSU r〈 . Tất cả phần còn lại ( RSU i ) thực hiện thao tác H (.) trên 〈i , I v eh Vb, I RSU r〈, và
nhận giá trị mới ( r ) . Do đó, điều kiện bình đẳng ( r = M r ) khơng giữ, và tất cả ( RSU i ) biết rằng
〈E i〈 không phải là một sự kiện hợp lệ.
Hơn nữa, nếu điều kiện ( r = M r ) được giữ, tất cả các phần còn lại ( RSU i ) thực hiện các phép
toán H (.) trên 〈P h , M r , , i 〈và nhận được giá trị khác nhau ( h ) . Do đó, điều kiện bình đẳng ( h =
C h ) khơng giữ được, và tất cả ( RSU i ) đều biết rằng 〈B i 〈khơng phải là đúng khối. Vì trong giao
thức được đề xuất, tất cả ( RSU i ) đều chứa cùng một bản sao của blockchain, do đó, tất cả ( RSU i )
biết giá trị của ( P h ). Quy trình tương tự được lặp lại bởi tất cả các RSU để xác nhận 〈E i , B i〈 .
Phân tích trên chứng minh rằng các điều kiện bình đẳng (( r = M r ) & ( h = C h )) là cần thiết để xác
nhận khối.
1.4.5 Hợp đồng thông minh cho phương tiện
Hợp đồng thông minh là một tập hợp các quy tắc và quy định mà qua đó xe tương tác với các
phương tiện khác. Bộ các quy tắc được lưu trữ trong mọi phương tiện của mạng và được thực thi khi
một phương tiện tương tác với các phương tiện khác ở mơi trường blockchain. Nói chung, các tập lệnh
là if (this) then (this) based statement, và mơ hình máy trạng thái là được sử dụng để đại diện cho các
hợp đồng thông minh. Bằng cách sử dụng khái niệm tương tự, chúng tôi cũng đề xuất các hợp đồng
thông minh cho hệ thống của mình, được hiển thị trong Hình 6. Các bước làm việc của các hợp đồng
thông minh được đề xuất được nêu trong Thuật tốn 1.

1.5 Phân
tích bảo mật
của giao thức
được đề xuất
Phần này
thảo luận về
phân tích bảo
mật của giao
thức được đề
xuất để chứng
minh một cách

khơng chính
thức liệu giao
thức có bị ảnh
hưởng bởi các
mối đe dọa
bảo mật hay
khơng. Phần

Hình 6: Hợp đồng thơng minh cho phương tiện


tương tự cũng thảo luận về cách giao thức của chúng tơi đạt được các khía cạnh cần thiết quan trọng
khác.
Trong giao thức của chúng tôi, RSU r chuyển tiếp các thông số (ID v eh b, ID rsu a, ID rsu r, B,
D, E i) thông tin tới máy chủ đám mây một cách công khai. Chúng ta giả sử rằng đối thủ A lấy những
thông tin này (ID v eh b, ID rsu a, ID rsu r, B, D, E i) từ mạng cơng cộng, trong đó B = H (E iǁ R b) và
D = E R b (TID v eh b). Ba trường hợp có thể xảy ra có thể phát sinh. Dưới đây là mơ tả chi tiết về ba
trường hợp.
Thuật toán 1: Hợp đồng thơng minh làm mơ hình máy trạng thái cho phương tiện.
Yêu cầu: Các hành động như Xác thực, Tương tác, Không hành động, Vi phạm, Kết thúc
Đảm bảo: Các thông báo như Xác thực Thành công, Không cần Hành động, Lỗi và hủy bỏ,
1: nếu (f (Hành động) == Xác thực) thì
2: In: Báo bằng tin nhắn, xác thực thành cơng;
3: nếu (f (Hành động) == Khơng hành động) thì
4: In: Xe sẽ vẫn ở trạng thái cũ và không cần thực hiện hành động nào;
5: nếu (f (Hành động) == Vi phạm) thì
6: In: Báo cáo với thơng báo lỗi cho thấy rằng các hoạt động sai đã được thực hiện và hủy bỏ hoạt
động;
7: kết thúc
8: nếu (f (Hành động) == Tương tác) thì

9: In: Xe được giao tiếp với xe khác và trao đổi các thông tin cần thiết;
10: Kết thúc
11: nếu (f (Hành động) == Kết thúc) thì
12: In: Quá trình bắt buộc đã kết thúc;
13: Kết thúc
• Trường hợp 1: Giả sử đối thủ A thay đổi sự kiện Ei thành Ej. Đám mây tìm kiếm IDvehb bằng cách
sử dụng IDrsua trong bộ nhớ của nó và tìm Rb, TIDvehb. Đám mây tính D = ERb (TIDvehb) và B = H
(Ej Rb). Kết quả là (D = D), nhưng (B! = B), và đám mây dự đoán rằng một số đối thủ A thay đổi sự
kiện Ei. Do đó, mặc dù đối thủ A có được các tham số IDvehb, IDrsua, IDrsur, B, D, Ei từ mạng công
cộng, anh ta / cô ta không thể phá vỡ tính bảo mật của hệ thống được đề xuất
• Trường hợp 2: Giả sử rằng đối thủ A thay đổi nhận dạng xe IDvehb thành IDveha. Đám mây tìm
kiếm IDveha trong bộ nhớ của nó và nhận các tham số Ra, TIDveha. Đám mây tính D = ERa
(TIDveha) và B = H (Ei Ra). Kết quả là (D! = D), nhưng (B! = B), và đám mây dự đoán rằng một số
đối thủ A thay đổi IDvehb nhận dạng phương tiện hoặc sự kiện Ei. Vì vậy, mặc dù đối thủ A có được
các tham số IDvehb, IDrsua, IDrsur, B, D, Ei từ mạng công cộng, anh ta / cơ ta khơng thể phá vỡ tính
bảo mật của hệ thống được đề xuất.
• Trường hợp 3: Đối thủ A thay đổi nhận dạng xe IDvehb thành IDveha và sự kiện Ei thành Ej. Đám
mây tìm kiếm IDveha trong bộ nhớ của nó và nhận các tham số Ra, TIDveha. Đám mây tính D = ERa
(TIDveha) và B = H (Ej Ra). Kết quả là ((D! = D) & (B! = B)) và đám mây dự đoán rằng một số đối
thủ A thay đổi IDvehb nhận dạng phương tiện hoặc sự kiện Ei. Vì vậy, mặc dù đối thủ A có được các
tham số IDvehb, IDrsua, IDrsur, B, D, Ei từ mạng công cộng, anh ta / cô ta khơng thể phá vỡ tính bảo
mật của hệ thống được đề xuất.
Trong giao thức được đề xuất, RSUr chuyển tiếp (Ei, Ha) tới các phương tiện khác. RSUr tính
Ha = H (Ei), và gửi công khai (Ei, Ha) cho các phương tiện khác. Chúng tôi giả định rằng đối thủ A có
được những thơng tin này (Ei, Ha), trong đó Ha = H (Ei).
Bảng 3: Ý nghĩa các ký hiệu sử dụng trong việc đánh giá hiệu suất

Ký hiệu

Ý nghĩa

Phase-I
Phase-II

RSU và phương tiện đăng kí
Phát hiện sự kiện và đánh giá

Phase-III
Tpf

Tạo khối, đánh giá khối và cập nhật
Thời gian thực thi cho hàm PUF

Tpg
Te

Thời gian thực thi cho hàm PKG
Thời gian thực thi cho việc mã hóa

Td
Th

Thời gian thực thi cho việc giải mã
Thời gian thực thi cho hàm băm 1 chiều

Tc
Tsc

Thời gian thực thi cho việc tính (p,q)

Thời gian thực thi cho việc tạo khóa

Tsv

Thời gian thực thi cho việc đánh giá khóa
Bảng 4: Chi phí tính tốn cho giao thức đề xuất

Phases
Phase-I

RSUa
1Tpf + 1Tpe

Phase-II

1Th

• Trường hợp 4: Kẻ thù A thay đổi sự kiện Ei sang Ej và truyền sang các phương tiện VEHi khác.
VEHi tính Ha’ = H (Ej). Kết quả là Ha’! = Ha và VEHi dự đoán rằng kẻ thù A thay đổi sự kiện Ei. Nên
mặc dù kẻ thù A lấy được tham số (Ei, Ha) từ mạng công khai nhưng hắn không thể phá vỡ được lớp
bảo mật của hê thống đề xuất.
Trong giao thức của chúng tôi, RSUr truyền (IDVEHvi, IDRSUr, DVi) tới máy chủ đám mây nơi
có Dvi = ERi (TIDvehi). Giả thiết rằng kẻ thù A lấy thông tin (IDVEHvi, IDRSUr, DVi) từ mạng cơng
khai.
• Trường hợp 5: Kẻ thù A thay đổi phương tiện xác minh IDvehi thành IDveha. Đám mây sẽ tìm kiếm
IDveha trong bộ nhớ của nó, và lấy ra tham số Ra, TIDveha. Đám mây sẽ tính tốn D’vi = ERa
(TIDveha || 1 (or) 0). Kết quả là (D’vi! = Dvi), và đám mây dự đốn rằng có kẻ thù đã thay đổi phương
tiện xác minh IDvehb. Nên mặc dù kẻ thù có tham số (IDVEHvi, IDRSUr, DVi) nhưng hắn cũng
không thể phá vỡ được lớp bảo mật của hệ thống đề xuất.

1.6 Đánh giá hiệu suất
Phần này sẽ nói về việc đánh giá hiệu suất của hệ thống đề xuất theo tiêu chí về các cấu hình của
bảo mật, khối lượng tính tốn, chi phi truyền tin, chi phí lưu trữ. Các tham số này là các nhân tố quan
trọng để đo lường hiệu năng của giao thức xác thực.
1.6.1 Chi phí tính tốn và truyền tin
Để đo lường chi phí tính tốn của giao thức đề xuất, chúng tôi đề xuất một RSU và một phương
tiện, được biết đến là RSUa và VEHb. Bài báo này chủ yếu sử dụng hàm băm light-weight, PUF, và xa
hơn là mã hóa khóa cơng khai(E) và giải mã(D). Chúng tôi giả thiết rằng message digest của hàm băm
Th là 128-bit. PKG được sử dụng để tạo cặp khóa của RSUa và đám mây CD. Có thể giả sử một cách
lý tưởng là độ dài của mã xác minh (RSUs (IDrsua, IDrsur), phương tiện IDvehb), mã xác minh tạm
thời của phương tiện TIDvehb, message digest H(.), các tham số (A, B, C, R, D) đều là 128 bit để đo
lường chi phí truyền thơng và lưu trữ của giao thức đề xuất, Trong bảng 4, 5, 6, chúng tơi tương ứng
tổng hợp lại chi phí tính tốn, truyền thông và lưu trữ cho phase-I và phase-II.
Trong phase-III, chi phí tính tốn là (1Te + 1Td + 4Th + 1Tsc + 1Tsv) khi RSUr truyền đi các
tham số (Ch, Mr, N, Ti, Ei, IDvehvb, IDRSUr) cho một RSU. Vì RSU thực thi cùng tốn tử cho tất cả


RSU cịn lại, chính vì thế tổng chi phí tính toán là (n (1Te + 1Td + 4Th + 1Tsc + 1Tsv)) nếu n số lượng
các RSU xuất hiện trong mạng blockchain. Trong cùng một phase, chi phí truyền thơng là (n*1096)
bytes, trong đó các tham số (Ch, Mr, IDvehvb, IDRSUr) đều chiếm 16 bytes và (N, Ti) chiếm 4 bytes
mỗi tham số. Chúng tơi đặt kích thước của sự kiện Ei là 1024 byte, vì thế chi phí lưu trữ cho một khối
xấp xỉ 1104 bytes trong một RSU, trong đó kích cỡ của khối header và khối body tương ứng khoảng
80 bytes và 1024 bytes.
Chi tiết về các kí hiệu được sử dụng để ước lượng chi phí tính tốn, truyền thơng, lưu trữ được
trình bày ở bảng 3.
Bảng 5: Chi phí truyền thơng (bits) của giao thức đề xuất

Phases
Phase-I
Phase-II

RSUa và VEHb
128
1408

RSUa và CD
768
1408

Tổng
896
2816

Bảng 6: Chi phí lưu trữ (bits) của giao thức đề xuất

Phases
Phase-I
Phase-II

RSUa
128
0

VEHb
896
0

CD
1024
256

Tổng
2048
256

Bảng 7: Sự tăng trưởng của chương trình đề xuất dựa trên blockchain

Năm tháng(GB)
1.301
3.253
5.205
6.506

1.6.2
Vấn đề
lưu trữ cho
chương trình
đề xuất
Như đã
trình bày ở
bảng 1, kích
thước của khối
header cho the
proposed
blockchainbased secure
eventinformation
sharing
scheme là 80
bytes, và kích

Hình 7: Sự tăng trưởng của chương trình đề xuất


thước của mỗi tin nhắn sự kiện là 1024 bytes. Vì vậy, tổng kích thước của một khối với một giao tiếp
đơn lẻ là 1104 bytes. Để ngăn cản những cuộc tấn công, chúng tôi cũng giả thiết rằng trong 120s, một
khối được tạo ra. Vì thế kích cỡ của blockchain với giao tiếp đơn lẻ là 776.25KB mỗi ngày. Chúng tôi
đã nghiên cứu kĩ lưỡng cấu trúc của khối cho mạng để có thể hỗ trợ lượng lớn dữ liệu. Chúng tôi đề ra
các trường hợp khác nhau khi mà phương tiện và RSUs trao đổi thông tin với các khối khác cho một
chu kì thời gian. Cơng thức tốn học để tính tốn kích cỡ của khối là:
Sizeof blockchain = Tx ∗ Bs ∗ T
Trong đó (Tx), (Bs), (T) biểu thị số lượng các tin nhắn sự kiện được trao đổi trong một chu kì
thời gian, kích thước của khối, và thời gian (trong đơn vị). Bảng 7 cho thấy ước tính sự tăng trưởng
của mạng blockchain với các số lượng giao tiếp khác nhau mỗi lần. Như đã biểu thị ở bảng số 7, kích
cỡ của mạng blockchain phụ thuộc vào 2 tham số, đầu tiên là số lượng các tin nhắn sự kiện, thứ hai là
chu kì thời gian. Nếu số lượng tin nhắn sự kiện tăng thì sự tăng trưởng của mạng cũng tăng theo.

1.7 Kết luận và định hướng nghiên cứu
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất kiến trúc phân quyền hiệu quả dựa trên blockchain cho việc
chia sẻ các thông tin sự kiện giữa tất cả các đơn vị với sự giúp đỡ của máy chủ đám mây. Chúng tôi
cũng đề xuất một giao thức xác thực để đạt được sự xác minh phương tiện cũng như là cung cấp sự tin
cậy của tin nhắn. Thêm vào đó, chúng tơi đưa ra một thuật toán để đánh giá khối cấu trúc mới và thiết
kế cơ chế tương phản mới cho kiến trúc đề ra. Việc phân tích bảo mật của chúng tơi chỉ ra rằng giao
thức này là miễn phí liên quan tới các cuộc cơng kích khả thi, và đạt được tất cả các khía cạnh cần
thiết như tính tồn vẹn, tính xác thực, v.v.. Chúng tơi đã đề cập đến vấn đề về tính tốn, truyền thơng
cũng như là lưu trữ như là các phần tử hiệu năng của giao thức. Cuối cùng, có thể kết luận rằng giao
thức đề xuất kiểm sốt hiệu quả việc trao đổi thơng tin sự kiện theo cách đáng tin cậy và bảo mật. Giao
thức này cũng cung cấp sự minh bạch trong việc trao đổi các tin nhắn sự kiện giữa các phương tiện và
đơn vị bên đường. Trong tương lai, chúng tôi sẽ cải thiện sự bảo mật và tiến trình xác minh khối, và
cải tiến khả năng mở rộng của mạng lưới các mạng đặc biệt có sự hỗ trợ của blockchain.
Tuyên bố về lợi ích cạnh tranh

Tác giả của bài báo tun bố rằng khơng có sự xung đột về lợi ích
Tài liệu bổ sung
Tài liệu bổ sung liên quan đến bài báo này có thể tìm online tại
doi:10.1016/j.compeleceng.2020.106719.
Tun bố đóng góp quyên tác giả CrediT
Sanjeev Kumar Dwivedi: Khái niệm hóa, quản lý dữ liệu, phân tích chính, khảo sát, phương
pháp luận, quản lý dự án, phần mềm, giám sát, đánh giá, viết – bản nháp chính, viết – đánh giá và sửa
đổi. Ruhul Amin: Khái niệm hóa, khảo sát, phương pháp luận, quản lý dự án, phần mềm, giám sát,
đánh giá, viết – bản nháp chính, viết – đánh giá và sửa đổi. Satyanarayana Vollala: Khái niệm hóa,
phần mềm, khảo sát, quản lý dữ liệu, đánh giá, viết – bản nháp chính, viết – đánh giá và sửa đổi.
Rashmi Chaudhry: Phần mềm, khảo sát, đánh giá, viết – bản nháp chính, viết – đánh giá và sửa đổi.


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

DANH MỤC BẢNG BIỂU