论文部分内容阅读
高速铁路运营环境监测数据是对铁路沿线周边环境状态的直接体现，监测数据的安全性直接影响到列车的安全、可靠运输。当前，铁路运营监测数据易遭受恶意篡改、伪造，数据存储节点被恶意攻击等问题，因此研究高速铁路运营环境监测数据的安全，对铁路周边环境状态预警、保障高速列车安全运行具有现实意义。根据国内外区块链在保护监测数据隐私方面的应用，提出了基于区块链的高速铁路运营环境监测数据安全方案，对无线传感器感知节点的身份认证、监测数据上传、监测数据存储、共享等内容进行研究。
首先，以WSN在铁路中的应用为基础，设计基于联盟链的高速铁路数据采集身份认证方案。根据高速铁路WSN联盟链感知节点分布的特点，搭建数据存储联盟链系统，由系统的初始化完成采集基站的身份注册。利用区块链数据区块结构中Merkle根原理将传感器感知节点的身份信息进行迭代哈希计算，形成身份信息的Merkle根，写入数据区块并上链，保障传感器身份信息不可篡改和伪造从而实现采集基站对传感器感知节点的身份认证。通过BAN逻辑对传感器感知节点身份认证协议的运行进行了形式化分析，结果表明可以实现传感器感知节点的身份认证。
其次，设计了基于联盟链的高速铁路监测数据的安全存储方案，针对监测数据本身的隐私问题，采用非对称加密对监测数据机密性进行保护，采集基站利用身份认证收集传感器感知节点采集的监测数据，为防止存储数据遭到第三方恶意篡改、单点攻击等安全问题，基于区块链链式存储结构，采用联盟链对采集到的数据进行存储。另外，为了便于对某一类型的传感器监测数据进行历史分析，构造了单一类型监测数据的hash链，从而使高速铁路监测数据组成了双链存储结构。通过安全性分析和性能对比证明了该存储模型具有去中心化、机密性、完整性、不可篡改性、不可伪造性和防单点攻击的特点。
最后，为了实现高速铁路监测数据安全共享，设计了基于联盟链的监测数据安全共享模型，在分析共享计算范式和监测数据存储联盟链的基础上，提出了基于联盟链的共享模型，阐述了数据共享流程。从安全性和共享方案性能对比上，证明了提出的共享模型可以实现采集基站和监控中心对监测数据的查询和访问。
首先，以WSN在铁路中的应用为基础，设计基于联盟链的高速铁路数据采集身份认证方案。根据高速铁路WSN联盟链感知节点分布的特点，搭建数据存储联盟链系统，由系统的初始化完成采集基站的身份注册。利用区块链数据区块结构中Merkle根原理将传感器感知节点的身份信息进行迭代哈希计算，形成身份信息的Merkle根，写入数据区块并上链，保障传感器身份信息不可篡改和伪造从而实现采集基站对传感器感知节点的身份认证。通过BAN逻辑对传感器感知节点身份认证协议的运行进行了形式化分析，结果表明可以实现传感器感知节点的身份认证。
其次，设计了基于联盟链的高速铁路监测数据的安全存储方案，针对监测数据本身的隐私问题，采用非对称加密对监测数据机密性进行保护，采集基站利用身份认证收集传感器感知节点采集的监测数据，为防止存储数据遭到第三方恶意篡改、单点攻击等安全问题，基于区块链链式存储结构，采用联盟链对采集到的数据进行存储。另外，为了便于对某一类型的传感器监测数据进行历史分析，构造了单一类型监测数据的hash链，从而使高速铁路监测数据组成了双链存储结构。通过安全性分析和性能对比证明了该存储模型具有去中心化、机密性、完整性、不可篡改性、不可伪造性和防单点攻击的特点。
最后，为了实现高速铁路监测数据安全共享，设计了基于联盟链的监测数据安全共享模型，在分析共享计算范式和监测数据存储联盟链的基础上，提出了基于联盟链的共享模型，阐述了数据共享流程。从安全性和共享方案性能对比上，证明了提出的共享模型可以实现采集基站和监控中心对监测数据的查询和访问。