Kun ajoneuvot kytketään yhä enemmän tavarainternet-verkon (IoT) kautta, on niiden välisen turvallisen viestinnän varmistaminen tullut kriittiseksi haasteeksi. Ajoneuvo-ajoneuvo- (V2V) -viestintä mahdollistaa autojen välisen reaaliaikaisen tiedon jakamisen nopeudesta, sijainnista, tieolosuhteista ja välittömistä vaaroista, mikä parantaa turvallisuutta ja liikenteen tehokkuutta. Tämä yhteys tuo kuitenkin mukanaan myös vakavia kyberturvallisuuden haavoittuvuuksia, mukaan lukien tietojen peukalointia, paroporaatiota ja luvatonta käyttöä. Blockchain-teknologia tarjoaa hajautetun, muuttumattoman ja avoimen kehyksen, joka voi käsitellä näitä tietoturvapuutteita ja samalla säilyttää V2V-verkkojen heikon viiveen vaatimukset. Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten lohkoketjupohjaiset ratkaisut voivat varmistaa V2V-viestinnän, tarkastellaan asiaan liittyviä teknisiä osia, keskustellaan täytäntöönpanoesteistä ja hahmotellaan tulevaisuuden tätä lupaavaa integrointia.

Ajoneuvojen välistä viestintää koskevan tiedonannon perusteet

V2V-viestintä perustuu lyhyen kantaman viestintään (DSRC) tai soluvälitykseen (C-V2X) standardiviestien, kuten Basic Safety Messages (BSM) lähetykseen 10 Hz:n taajuuksilla. Nämä viestit sisältävät kriittistä tietoa, kuten sijainti, nopeus, suunta ja jarrutila. Käsittelemällä näitä lähetyksiä ajoneuvot voivat havaita mahdollisia törmäyksiä, sokeiden pisteiden vaaroja ja hätätilanteita reaaliajassa, jopa nopeammin kuin ihmisen reaktio sallii. Yhdysvaltain kansallinen maantieliikenteen turvallisuushallinto (NHTSA) on arvioinut, että V2V-järjestelmät voivat vähentää jopa 80%:n vaurioista. Kuitenkin sama avoin lähetysluonne, joka mahdollistaa myös järjestelmän altistamisen pahansuoville hyökkäyksille.

Kyberturvallisuusuhkat V2V-verkoissa

V2V-verkot kohtaavat useita verkkouhkia, jotka heikentävät turvallisuutta ja luottamusta. Hyökkääjät voivat antaa vääriä viestejä (poofing), muuttaa laillisia viestejä kauttakulussa (häirintä) tai täyttää verkon jätetiedot (palvelusta kieltäminen). He voivat myös tehdä uusintahyökkäyksiä.Pääasiallisessä tapauksessa vaarantunut ajoneuvo voisi toimia pahansuovana solmuna, ja se voi levittää vilpillisiä vaaravarmoja tai sijaintitietoja törmäyksien tai liikenneruuhkan aiheuttamiseksi. Perinteinen julkinen avaininfrastruktuuri (PKI) voi todentaa viestien lähettäjät, mutta se ei tarjoa väärentämisen estävää tarkastuspolkua.

Miten Blockchain Mitigates nämä uhkaukset

Blockchain käsittelee näitä haavoittuvuuksia hajauttamalla luottamusta kaikkiin osallistuviin solmukohtiin. Sen sijaan, että luotaisit yhteen viranomaiseen toimien validoinnissa, jokainen viesti (tai viestierä) kirjataan lohkoksi, joka on hyväksyttävä konsensusmekanismilla. Tämä rakenne tekee siitä laskennallisesti mahdottoman muuttaa aiempia tietueita ilman, että suurin osa verkon laskentatehosta (todisteena työstä) tai panoksesta (todisteena) kirjataan lohkoksi, joka on hyväksyttävä yhteisymmärryksen mekanismilla. Koska tilikirja on jaettu ja synkronoitu lähes reaaliaikaisesti, kaikki ajoneuvot voivat itsenäisesti tarkistaa vastaanotettujen tietojen eheyden tapahtuman jälkeen, auttaa tunnistamaan hyökkäyslähteen. Vaikka pahansuopa node pistääkin väärän viestin, tämä viesti hylätään, kun muut solmut ovat viitanneet siihen lohkoketjujen historian kanssa. Lisäksi lohkoketjujen läpinäkyvyys mahdollistaa rikosteknisen analyysin.

V2V:n lohkoketjun keskeiset tekniset osat

Hajauttaminen ja konsensus

Hajautus eliminoi yhden vikapisteen. V2V-blockchainissa jokainen ajoneuvo voi toimia solmuna, säilyttäen kopion tilikirjasta. Konsensusalgoritmit on optimoitava korkeatehoisille, vähäviiveisille ajoneuvoverkoille. Käytännöllinen Bysantin vikatoleranssi (PBFT) ja siirretty todiste-osuute (DPoS) ovat yleisesti tutkineet vaihtoehtoja energiaintensiiviselle työnteolle. Näiden algoritmien avulla lohkot voidaan vahvistaa millisekuntimäärissä, jolloin ne soveltuvat turvallisuuden kannalta kriittisille V2V-sovelluksille.

Muuttumaton lehtinen

Kun viestilohko on liitetty ketjuun, sitä ei voi muuttaa tai poistaa ilman näkyviä uudelleen miinautumisia myöhempiä lohkoja. Tämä muuttumattomuus takaa, että tapahtuma historiat. Kuten ajoneuvoa on raportoitu asema tiettynä ajankohtana.Tuomioistuinten tai onnettomuuksien jälleenrakentamisen osalta blockchain kirjaa voidaan käyttää arvovaltaisena todisteena. Lettereen eheys estää hyökkääjiä väärentämästä ei-korjattavaa todistetta väärästä käyttäytymisestä.

Älykkäät sopimukset

Älykkäillä sopimuksilla automatisoidaan turvaprotokollat ja tietojen validointi ilman ihmisen väliintuloa. Esimerkiksi älykkäällä sopimuksella voidaan määritellä kynnysarvot hyväksyttävälle nopeudella tai sijainnin muutokselle; jos vastaanotettu viesti ylittää nämä kynnysarvot (esim. äkillinen 100 km/h hyppy nopeudella), sopimus leimaa sen epäilyttäväksi ja käynnistää todentamisen tai hylkäämisen. Älykkäillä sopimuksilla myös helpotetaan automaattisia seuraamuksia tai maineen pisteytystä ajoneuvoille, jotka lähettävät jatkuvasti epäluotettavia tietoja, kannustavat rehelliseen käyttäytymiseen.

Täytäntöönpanohaasteet ja kehitteillä olevat ratkaisut

Latenssi ja skaalattavuus

Ajoneuvot kulkevat suurella nopeudella ja monet turvallisuussovellukset vaativat alle 100-millisekunnin viestin latenssia. Perinteiset lohkoketjuverkot (esim. Bitcoin) vahvistavat lohkot 10 minuutin välein.Kaikkien ketjujen kevyt käyttö ei sovi V2V:lle. Kevyet lohkoketjuprotokollat, kuten IOTA-tanko tai ohjatut asykliset graafiset (DAG) rakenteet, tarjoavat nollatehoisia, skaalattavia vahvistuksia, joiden latenssi on riittävän alhainen vehikulaariseen käyttöön. Sivuketjut ja ketjuttomat maksukanavat mahdollistavat myös korkean taajuuden viestien vaihdon ja vain kokoavat pääketjussa olevia lopullisia yhdistettyjä tietoja.

Energiatehokkuus

Työnteon tulostusblokkiketjut kuluttavat valtavasti energiaa, mikä on epäkäytännöllistä akkurajoitteisille sähköajoneuvoille. Onneksi energiatehokkaat konsensusmekanismit, kuten todiste omistuksesta, todiste viranomaisista tai maineeseen perustuvat protokollia räätälöidään V2V:lle. Lisäksi reunan laskentasolmut (tiestöyksiköt) voivat suorittaa validoinnin ajoneuvojen puolesta ja vähentää yksittäisten autojen energia- ja käsittelykuormaa.

Hybridimenetelmät

Monet tutkijat kannattavat hybridimalleja, joissa yhdistetään lohkoketju perinteisiin salausmenetelmiin. Esimerkiksi ajoneuvo voi allekirjoittaa digitaalisesti viestinsä PKI:n avulla välitöntä todentamista varten, samalla kun se liittää allekirjoitettujen viestien erän ajoittain lohkoketjuun auditoitavuuden ja väärentämisen todistamiseksi. Tämä lähestymistapa tasapainottaa matalan viiveen todentamisen ja pitkän aikavälin tietoturvatakeet muuttumattomuudesta. Euroopan telealan standardointilaitos (ETSI) on julkaissut standardeja, jotka voidaan integroida lohkoketjukerroksiin.

Tulevaisuuden näkymät ja integrointi 5G:n ja Edge Computingin kanssa

Kun lohkoketjuteknologia kypsyy, sen soveltaminen V2V-järjestelmissä on yleistymässä. 5G.s. ultraluotettavan matalan latenssin viestinnän (URLLC) ja reunalaskennan yhdistelmä tarjoaa tarvittavan infrastruktuurin reaaliaikaiseen lohkoketjuun perustuvaan yhteisymmärrykseen tienvarsilla. Liikkuvien reunasolmujen solmukohdat voivat käsitellä ja validoida lohkoja välittömästi, välimuistin tulokset ajoneuvoille niiden peittoalueella. Lisäksi NIST-tutkimus osoittaa, että lohkoketju voi parantaa yksityisyyttä tukemalla nollatietotodisteita, joiden avulla ajoneuvot voivat osoittaa tietojensa pätevyyden ilman että ne paljastavat arkaluonteisia tunnistetietoja.

Automaattinen ajo ja laivaston hallinta hyötyvät erityisesti lohkoketjuun perustuvasta V2V-turvallisuudesta. Itseajoautot, jotka perustuvat yksinomaan sensoreihin ja vertaistietoihin, voidaan pitää korkeammalla luottamustasolla, kun jokainen datapiste on hashing on muuttumaton ketju. Samalla laivaston toimijat voivat käyttää lohkoketjua tarkastaakseen kuljettajan käyttäytymisen, ajoneuvon terveyden ja turvallisuusmääräysten noudattamisen hajautetulla tavalla.

Päätelmät

V2V-viestinnän turvaaminen ei ole valinnainen ehto sille, että kytketyt ja autonomiset ajoneuvot voidaan ottaa turvallisesti käyttöön. Blockchain tarjoaa vakuuttavan arkkitehtuurin, joka täyttää turvavaatimukset, jotka liittyvät väärentämisen vastustamiseen, avoimuuteen ja hajauttamiseen. Vaikka haasteita kuten viipeen ja energiankulutuksen säilyminen, kevyttä yhteisymmärrystä, hybridijärjestelmiä ja integrointia 5G/Edge-tietokoneisiin koskeva tutkimus on käynnissä, se sulkee kuilun nopeasti. Autoteollisuus siirtyy kohti tasoa 4 ja tasoa 5, lohkoketjupohjaiset ratkaisut ovat välttämättömiä sen varmistamiseksi, että ajoneuvojen välillä vaihdetut tiedot pysyvät luotettavina, viime kädessä pelastavat ihmishenkiä ja optimoivat liikenneverkkoja.