用于智能交通系统的量子弹性区块链框架

《IEEE Internet of Things Journal》：Quantum-Resilient Blockchain Framework for Intelligent Transportation Systems

　　

摘要：

智能交通系统整合了物联网、区块链和抗量子加密技术，以提升自动驾驶车辆的运行效率、城市交通的流动性以及道路安全。然而，这些系统依赖于异构通信网络，因此容易受到网络威胁，包括身份伪造、数据篡改以及利用量子技术进行的攻击，这些攻击会危及安全性和隐私。为应对这些挑战，本文提出了一种基于身份的量子安全框架，该框架结合了去中心化认证、基于区块链的身份验证和后量子加密技术，通过消除持久性密钥托管来减少对第三方的长期依赖，同时降低安全风险。该框架利用量子自旋态映射和盲量子加密技术，在定义的对手模型下抵御基于量子的碰撞（生日类型）攻击和密钥冒充攻击，确保车辆网络中的交易具有防篡改性和不可链接性。此外，一种轻量级的共识机制在保持高安全性和可扩展性的同时优化了计算效率。通过私有链模拟和微基准测试，基于身份的量子签名在处理600笔交易时确认时间约为94.5秒（约6.3 TPS），适用于离线审计和注册功能，并且加密操作轻量级，适合实时车对车安全通信（签名约2.994毫秒，验证约1.493毫秒）。这些结果表明，基于身份的量子签名是一种实用且具备量子抗性的安全解决方案，适用于下一代去中心化交通系统。