Tự Xác Thực Trong Hệ Thống Giao Thông Thông Minh: Nghiên Cứu và Ứng Dụng

Công nghệ đang phát triển với tốc độ chóng mặt, và hệ thống giao thông là một trong những lĩnh… 99 trang · Ho Chi Minh City University of Technology · 2023.

• Tác giả: Tran Van Hau
• Người hướng dẫn: Dr. Truong Tuan Anh
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Computer Science
• Đề tài: Self-Authentication In The Iots/Transportation System
• Loại tài liệu: master’s thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• ABSTRACT
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• COMMITMENT
• THE TASK SHEET OF MASTER’S THESIS
• 1. Introduction
• 1.1. Context
• 1.2. Problem statement
• 1.3. Scientific significance
• 2. Overview of authentication schemes in ITS
• 2.1. Public Key Infrastructure (PKI)
• 2.2. Pseudonym-based System
• 3. Self-authentication scheme in ITS with Blockchain support
• 3.1. Elliptic Curve over Finite Field
• 3.2. Elliptic Curve Cryptography (ECC)
• 3.3. Pairing-Based Cryptography (PBC)
• 3.3.1. BGLS Signatures definition
• 3.3.2. BGLS Signatures construction
• 3.4. Proposed self-authentication scheme
• 3.4.1. Security on BLS Signatures
• 3.4.2. Unlinkability and forward unlinkability
• 5. Conclusion and Future work

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Giao Thông Thông Minh và Bảo Mật ITS

Công nghệ đang phát triển với tốc độ chóng mặt, và hệ thống giao thông là một trong những lĩnh vực chịu ảnh hưởng mạnh mẽ. Hệ thống Giao thông Thông minh (ITS), trang bị cho xe cộ các thiết bị điện tử tiên tiến, đang dần trở thành xu hướng. Những thay đổi trong chính sách giao thông từ những năm 1980 xuất phát từ lo ngại về an toàn và môi trường, cũng như nhận thức rằng các chương trình giao thông truyền thống không phù hợp với nhu cầu tương lai. Chi phí hiệu quả của công nghệ đã hỗ trợ sự tiến bộ của quản lý giao thông. Sự phát triển công nghệ như bộ vi xử lý, máy tính, cảm biến và công nghệ truyền thông có ý nghĩa trực tiếp đối với giao thông. Thị trường ITS toàn cầu ước tính đạt 23 tỷ đô la Mỹ và có thể đạt 100 tỷ đô la Mỹ vào năm 2030. VANET, một thành phần cơ sở hạ tầng quan trọng, có nguồn gốc từ MANET, và các cuộc thảo luận về bảo mật ITS và VANET thường sử dụng hai thuật ngữ này thay thế cho nhau. An ninh hệ thống giao thông thông minh là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống này.

1.1. Tầm Quan Trọng của VANET trong Hệ Thống ITS

Trong ITS, VANET đóng vai trò quan trọng với các tính năng như giám sát giao thông và thông báo an toàn đường bộ. Với việc V2V thông báo cho người lái xe về điều kiện giao thông ở gần và xa hơn trên đường, các ứng dụng an toàn đường bộ nhằm mục đích giảm số lượng tai nạn. Tương tự, giám sát và quản lý giao thông dựa trên công nghệ không dây có thể cung cấp thông tin chính xác theo thời gian thực để giúp giảm tắc nghẽn và mở rộng năng lực của đường. Việc sử dụng công nghệ 5G trong giao thông hứa hẹn nâng cao khả năng kết nối và tốc độ truyền tải dữ liệu, góp phần vào sự phát triển của VANET. Do đó, kiến trúc an ninh hệ thống giao thông đóng vai trò then chốt.

1.2. Các Loại Tấn Công Mạng Phổ Biến vào ITS

Khi ITS và đặc biệt là VANET tiếp tục phát triển, khả năng tấn công vào các hệ thống này cũng tăng lên. Đảm bảo an ninh cho VANET đòi hỏi phải giải quyết một loạt các kẻ tấn công để bảo vệ chống lại các cuộc tấn công tiềm ẩn. Những kẻ tấn công có thể được phân loại rộng rãi là loại Insider/Outsider, Active/Passive hoặc Malicious/Rational. Các ví dụ về các cuộc tấn công có thể khai thác các tính năng của VANET bao gồm tấn công từ chối dịch vụ (DoS) và tấn công Jamming nhắm vào tính khả dụng, tấn công Eavesdropping nhắm vào tính bảo mật, và tấn công Sybil và tấn công giả mạo Dịch vụ vị trí khai thác các vấn đề liên quan đến tính xác thực. Vì vậy, việc phòng chống tấn công mạng giao thông rất quan trọng.

II. Thách Thức Bảo Mật và Quyền Riêng Tư trong ITS Hiện Tại

Việc tăng cường bảo mật cho VANET đặt ra bài toán cân bằng giữa bảo mật và quyền riêng tư. Thông tin giao thông được xử lý và trao đổi giữa các xe thông qua giao thức tin nhắn, bao gồm ID xe và nội dung tin nhắn. Tuy nhiên, việc trao đổi tin nhắn này có thể bị nghe lén, tiết lộ danh tính thật của xe. Để giải quyết vấn đề này, một cơ quan trung gian Trusted Authority (TA) được sử dụng để xác thực phản hồi và đảm bảo tính ẩn danh giữa các xe. Tuy nhiên, giải pháp này gặp phải ba vấn đề lớn: Quyền riêng tư, Kết nối và Nghẽn cổ chai (Bottleneck). Quyền riêng tư và an toàn thông tin giao thông là hai yếu tố luôn cần được quan tâm.

2.1. Vấn Đề Quyền Riêng Tư và Tính Ẩn Danh trong VANET

Quyền riêng tư bao gồm quyền quản lý thông tin cá nhân và quyết định mức độ thông tin được chia sẻ. Trong VANET, quyền riêng tư đề cập đến tính bảo mật thông tin cá nhân của người gửi. Xác thực cung cấp tính ẩn danh bằng cách sử dụng bút danh thay vì danh tính thực tế. Quá trình xác thực bao gồm ký và xác minh tin nhắn. Mặc dù tính nhạy cảm của thông tin liên lạc liên quan đến giao thông trong VANETs, nhưng chúng vẫn được truyền đi. Việc phát tin nhắn an toàn dễ bị đe dọa như thay đổi tin nhắn bởi kẻ tấn công, tạo tin nhắn giả mạo, từ chối tạo tin nhắn và thông tin vị trí không chính xác. Do đó, việc triển khai GDPR trong giao thông và CCPA trong giao thông cũng cần được cân nhắc.

2.2. Khó Khăn Về Kết Nối và Nghẽn Cổ Chai trong Mô Hình TA

Kết nối là một vấn đề phát sinh với trung gian giữa TA và các thành phần khác trong VANET. Khi TA bị ngắt kết nối, bước xác minh không thành công. Mối quan tâm về kết nối làm nổi bật tầm quan trọng của việc đảm bảo tính khả dụng của VANET để dễ dàng triển khai ở các khu vực nông thôn. Nghẽn cổ chai xảy ra khi nhiều xe cố gắng kết nối và xác thực đồng thời. Việc nâng cấp cơ sở hạ tầng bằng các thuật toán cân bằng tải có thể giải quyết một phần vấn đề. Mối quan tâm về nghẽn cổ chai làm nổi bật tầm quan trọng của việc đảm bảo tính khả dụng của VANET, đặc biệt là để triển khai ở các khu vực thành thị. Lúc này, điện toán biên trong giao thông sẽ phát huy tác dụng.

III. Giải Pháp Tự Xác Thực Bảo Mật Dựa Trên Blockchain cho ITS

Luận án này đề xuất một phương pháp tự xác thực cải tiến để bảo vệ quyền riêng tư dựa trên Hệ thống dựa trên bút danh và Blockchain. Hệ thống đề xuất sử dụng Chữ ký BLS để đồng bộ hóa hiệu quả giữa các giai đoạn khác nhau của tự xác thực, từ đăng ký đến thu hồi; trong khi chỉ yêu cầu một kết nối duy nhất đến TA trong giai đoạn đăng ký. Hơn nữa, Hợp đồng thông minh chạy trên Blockchain sẽ giảm bớt tác vụ cho TA để nhường chỗ cho các chức năng giám sát chính của ITS. Mã hóa dữ liệu giao thông và sử dụng chữ ký số trong giao thông là những biện pháp quan trọng để bảo vệ bảo mật dữ liệu giao thông.

3.1. Ứng Dụng Chữ Ký BLS và Hợp Đồng Thông Minh

Hệ thống đề xuất sử dụng Chữ ký BLS để đồng bộ hóa hiệu quả giữa các giai đoạn khác nhau của tự xác thực, từ đăng ký đến thu hồi; trong khi chỉ yêu cầu một kết nối duy nhất đến TA trong giai đoạn đăng ký. Chữ ký BLS cho phép tạo ra các chữ ký ngắn gọn và có thể tổng hợp, giúp giảm tải cho hệ thống và tăng hiệu quả. Hợp đồng thông minh chạy trên Blockchain giảm bớt gánh nặng cho TA. Mật mã học ứng dụng trong giao thông đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng hệ thống tự xác thực trong hệ thống giao thông hiệu quả.

3.2. Sử Dụng Blockchain Để Quản Lý Danh Tính và Phân Quyền

Blockchain trong giao thông cung cấp một sổ cái phân tán an toàn và minh bạch, cho phép quản lý danh tính và phân quyền một cách hiệu quả. Mỗi xe có thể có một danh tính duy nhất trên blockchain, được sử dụng để xác thực và ủy quyền truy cập vào các dịch vụ ITS. Hợp đồng thông minh có thể được sử dụng để tự động hóa các quy trình xác thực và quản lý quyền truy cập. Từ đó, việc quản lý danh tính trong giao thông sẽ trở nên dễ dàng hơn.

IV. Phân Tích và Đánh Giá Hiệu Suất của Phương Pháp Tự Xác Thực Mới

Luận án này xem xét Quyền riêng tư bằng cách phân tích các nghiên cứu liên quan và đề xuất một Hệ thống tự xác thực cải tiến để bảo vệ Quyền riêng tư dựa trên Hệ thống dựa trên bút danh và Blockchain. Việc đánh giá hiệu suất của phương pháp tự xác thực mới được thực hiện thông qua các thử nghiệm thực tế và mô phỏng, tập trung vào các tiêu chí như thời gian xác thực, độ trễ truyền tin và mức tiêu thụ tài nguyên. Bên cạnh đó, việc đánh giá rủi ro an ninh giao thông cũng cần được thực hiện để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

4.1. So Sánh Hiệu Suất Với Các Phương Pháp Xác Thực Truyền Thống

Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp tự xác thực mới vượt trội hơn so với các phương pháp xác thực truyền thống về thời gian xác thực và độ trễ truyền tin. Việc sử dụng Chữ ký BLS và Blockchain giúp giảm tải cho hệ thống và tăng hiệu quả. So sánh các phương pháp xác thực truyền thống với phương pháp sử dụng PKI trong giao thông sẽ làm rõ sự khác biệt.

4.2. Đánh Giá Chi Phí Triển Khai và Tính Khả Thi

Việc đánh giá chi phí triển khai và tính khả thi của phương pháp tự xác thực mới được thực hiện dựa trên các yếu tố như chi phí phần cứng, chi phí phần mềm và chi phí vận hành. Kết quả cho thấy phương pháp mới có chi phí triển khai hợp lý và tính khả thi cao, đặc biệt là trong bối cảnh công nghệ Blockchain đang ngày càng phát triển. Việc chứng nhận an ninh hệ thống giao thông cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Triển Vọng Phát Triển của Hệ Thống ITS

Hệ thống tự xác thực bảo mật này có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của ITS, bao gồm xe tự lái an toàn, giao thông công cộng an toàn và vận tải hàng hóa an toàn. Nó cung cấp một nền tảng an toàn và tin cậy để trao đổi thông tin giữa các xe và các thành phần khác của hệ thống ITS, giúp cải thiện hiệu quả, an toàn và bảo mật của giao thông. AI và Machine Learning trong giao thông sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai của ITS

5.1. Triển Khai Thực Tế trong Mạng Lưới Giao Thông Đô Thị

Việc triển khai thực tế hệ thống tự xác thực trong mạng lưới giao thông đô thị đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý giao thông, các nhà sản xuất ô tô và các nhà cung cấp dịch vụ công nghệ. Các thử nghiệm thí điểm cần được thực hiện để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của hệ thống trong môi trường thực tế. Phải xem xét các tiêu chuẩn an ninh hệ thống giao thông và quy định an ninh hệ thống giao thông.

5.2. Mở Rộng Ứng Dụng cho Các Dịch Vụ Giao Thông Công Cộng

Hệ thống tự xác thực có thể được mở rộng ứng dụng cho các dịch vụ giao thông công cộng như xe buýt, tàu điện ngầm và taxi. Nó giúp cải thiện an toàn và bảo mật cho hành khách, đồng thời nâng cao hiệu quả hoạt động của các dịch vụ này. Việc sử dụng blockchain trong giao thông sẽ giúp tăng cường tính minh bạch và tin cậy của hệ thống. Cần có giải pháp bảo mật cho hệ thống giao thông toàn diện.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Hệ Thống Giao Thông Thông Minh

Luận án này đã trình bày một phương pháp tự xác thực bảo mật dựa trên Blockchain cho ITS, giải quyết các thách thức về quyền riêng tư, kết nối và nghẽn cổ chai. Phương pháp mới hứa hẹn mang lại một nền tảng an toàn và tin cậy cho giao thông thông minh, góp phần vào sự phát triển của các dịch vụ giao thông hiệu quả và an toàn hơn. Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học quan trọng, góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực an ninh hệ thống giao thông thông minh.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả và tính khả thi của phương pháp tự xác thực mới thông qua các thử nghiệm và mô phỏng. Kết quả cho thấy phương pháp mới vượt trội hơn so với các phương pháp xác thực truyền thống về thời gian xác thực, độ trễ truyền tin và chi phí triển khai. Các phương pháp tự xác thực sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong tương lai.

6.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, mở rộng ứng dụng cho các dịch vụ ITS khác, và nghiên cứu các giải pháp bảo mật mới để chống lại các cuộc tấn công mạng tiên tiến. Việc tích hợp AI trong giao thông và machine learning trong giao thông có thể giúp nâng cao khả năng phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống Giao thông Thông minh (ITS) đang trở thành xu hướng phát triển toàn cầu với quy mô thị trường ước tính đạt khoảng 23 tỷ USD và dự kiến tăng lên 100 tỷ USD vào năm 2030. ITS sử dụng mạng lưới phương tiện giao thông tự tổ chức (VANET) như một thành phần hạ tầng cốt lõi, hỗ trợ các chức năng giám sát giao thông và cảnh báo an toàn. Tuy nhiên, việc truyền tải thông tin trong VANET tiềm ẩn nhiều rủi ro về bảo mật, đặc biệt là nguy cơ lộ danh tính người dùng do dữ liệu được truyền dưới dạng văn bản thường. Vấn đề bảo vệ quyền riêng tư trong ITS trở nên cấp thiết khi các phương tiện cần xác thực lẫn nhau mà không làm lộ thông tin cá nhân.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển một phương pháp tự xác thực (self-authentication) trong hệ thống ITS dựa trên hệ thống bút danh (Pseudonym-based System) kết hợp với công nghệ Blockchain nhằm giải quyết các thách thức về quyền riêng tư, kết nối và tắc nghẽn mạng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam trong giai đoạn từ năm 2023 đến giữa năm 2023, với trọng tâm là các phương tiện giao thông và hạ tầng mạng VANET.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao bảo mật và quyền riêng tư cho người dùng ITS, đồng thời giảm tải cho Cơ quan Đáng tin cậy (Trusted Authority - TA) trong quá trình xác thực, góp phần thúc đẩy ứng dụng rộng rãi ITS và IoT trong giao thông vận tải hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hệ thống bút danh (Pseudonym-based System): Giúp bảo vệ quyền riêng tư bằng cách sử dụng các bút danh thay cho danh tính thực của phương tiện, đồng thời cho phép TA theo dõi khi cần thiết.
• Chữ ký số BLS (Boneh-Lynn-Shacham Signatures): Một loại chữ ký số ngắn gọn, hiệu quả, dựa trên mật mã học đường cong elliptic và phép toán bilinear pairing, hỗ trợ xác thực nhanh và tổng hợp chữ ký.
• Công nghệ Blockchain và Hợp đồng thông minh (Smart Contract): Được sử dụng để lưu trữ và quản lý danh sách thu hồi, giảm tải cho TA và đảm bảo tính minh bạch, bất biến trong quá trình xác thực.
• Mạng VANET và giao tiếp V2V, V2I: Mô hình mạng tự tổ chức giữa các phương tiện và hạ tầng giao thông, là nền tảng cho việc trao đổi thông tin trong ITS.

Các khái niệm chính bao gồm: quyền riêng tư có điều kiện (conditional privacy), tính liên kết (unlinkability), tính bảo mật của chữ ký số, và các vấn đề về kết nối và tắc nghẽn trong mạng VANET.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp lý thuyết mật mã học và công nghệ Blockchain để thiết kế một giải pháp tự xác thực mới cho ITS. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Tổng hợp từ các nghiên cứu khoa học, báo cáo ngành ITS, và các tài liệu kỹ thuật về mật mã học, Blockchain, và mạng VANET.
• Phương pháp phân tích: Phân tích các phương pháp xác thực hiện có, đánh giá ưu nhược điểm, sau đó áp dụng toán học về đường cong elliptic, bilinear pairing và chữ ký BLS để xây dựng mô hình tự xác thực.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình được triển khai và thử nghiệm trên môi trường giả lập với các kịch bản giao tiếp giữa các phương tiện và TA, đánh giá hiệu năng và bảo mật.
• Timeline nghiên cứu: Bắt đầu từ tháng 2/2023, hoàn thành thiết kế và triển khai mô hình vào tháng 6/2023, đánh giá và hoàn thiện luận văn đến tháng 7/2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm thiểu kết nối với TA: Phương pháp đề xuất chỉ yêu cầu một lần kết nối duy nhất với TA trong giai đoạn đăng ký, giảm đáng kể lưu lượng mạng và nguy cơ tắc nghẽn. So với các hệ thống truyền thống cần kết nối liên tục, giải pháp này giảm khoảng 70% số lần trao đổi dữ liệu với TA.

2. Bảo vệ quyền riêng tư hiệu quả: Sử dụng chữ ký BLS kết hợp với hệ thống bút danh giúp đảm bảo tính ẩn danh và unlinkability, đồng thời cho phép TA truy xuất danh tính khi cần thiết. Tính năng này được chứng minh qua các phép thử mô phỏng, với tỷ lệ thành công trong việc ngăn chặn các cuộc tấn công giả mạo đạt trên 95%.

3. Tăng hiệu suất xử lý: Việc áp dụng chữ ký BGLS (BLS tổng hợp) cho phép tổng hợp nhiều chữ ký thành một, giảm tải tính toán và băng thông truyền tải. Thử nghiệm trên mạng Blockchain Ethereum cho thấy chi phí triển khai giảm khoảng 40% so với các phương pháp chữ ký số truyền thống.

4. Khả năng hoạt động trong điều kiện mất kết nối Internet: Mô hình cho phép các phương tiện tự xác thực lẫn nhau mà không cần kết nối trực tiếp với TA trong quá trình trao đổi thông tin, đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống ITS tại các vùng nông thôn hoặc khu vực có kết nối yếu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các cải tiến trên là việc kết hợp hiệu quả giữa công nghệ Blockchain và mật mã học đường cong elliptic, đặc biệt là chữ ký BLS, giúp cân bằng giữa bảo mật và hiệu suất. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào hệ thống bút danh hoặc PKI truyền thống, giải pháp này giảm thiểu điểm nghẽn trung tâm và tăng tính phân tán trong xác thực.

Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo ngành về xu hướng ứng dụng Blockchain trong ITS, đồng thời mở ra hướng phát triển mới cho các hệ thống IoT giao thông thông minh. Biểu đồ so sánh chi phí tính toán và lưu lượng mạng giữa các phương pháp được trình bày rõ ràng trong luận văn, minh họa sự vượt trội của phương pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi mô hình tự xác thực: Khuyến nghị các cơ quan quản lý giao thông và nhà phát triển ITS áp dụng giải pháp tự xác thực dựa trên Blockchain trong vòng 1-2 năm tới nhằm nâng cao bảo mật và quyền riêng tư.

2. Phát triển hạ tầng mạng hỗ trợ Blockchain: Đầu tư nâng cấp hạ tầng mạng tại các khu vực nông thôn và thành thị để đảm bảo kết nối ổn định, giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn và mất kết nối trong quá trình xác thực.

3. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho kỹ sư và nhà quản lý về công nghệ Blockchain và mật mã học ứng dụng trong ITS, nhằm thúc đẩy việc áp dụng và vận hành hiệu quả.

4. Nghiên cứu mở rộng cho các ứng dụng IoT khác: Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục mở rộng mô hình tự xác thực sang các lĩnh vực IoT khác như quản lý năng lượng, y tế thông minh, nhằm tận dụng tối đa lợi ích của Blockchain và chữ ký BLS.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Khoa học Máy tính, An toàn Thông tin: Có thể sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo về ứng dụng mật mã học và Blockchain trong hệ thống giao thông thông minh.

2. Chuyên gia phát triển hệ thống ITS và IoT: Áp dụng các giải pháp tự xác thực để nâng cao bảo mật và quyền riêng tư trong các dự án thực tế.

3. Cơ quan quản lý giao thông và chính sách: Tham khảo để xây dựng các quy định, tiêu chuẩn về bảo mật và quyền riêng tư trong ITS.

4. Doanh nghiệp công nghệ và nhà cung cấp dịch vụ Blockchain: Tìm hiểu về các ứng dụng thực tiễn của Blockchain trong lĩnh vực giao thông, từ đó phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tự xác thực trong ITS là gì?
   Tự xác thực là quá trình các phương tiện trong hệ thống ITS có thể xác thực lẫn nhau mà không cần phụ thuộc liên tục vào Cơ quan Đáng tin cậy (TA), giúp giảm tải mạng và tăng tính bảo mật.

2. Blockchain hỗ trợ gì cho hệ thống xác thực?
   Blockchain cung cấp một sổ cái phân tán, bất biến và minh bạch để lưu trữ danh sách thu hồi và thông tin xác thực, giảm thiểu điểm nghẽn và tăng độ tin cậy cho hệ thống.

3. Chữ ký BLS có ưu điểm gì so với chữ ký số truyền thống?
   Chữ ký BLS có kích thước nhỏ, hỗ trợ tổng hợp chữ ký từ nhiều người dùng, giúp giảm băng thông và tăng tốc độ xác thực mà vẫn đảm bảo an toàn mật mã.

4. Giải pháp có thể hoạt động khi mất kết nối Internet không?
   Có, phương pháp cho phép các phương tiện tự xác thực lẫn nhau trong điều kiện không có kết nối trực tiếp với TA, đảm bảo tính liên tục của hệ thống.

5. Phạm vi áp dụng của nghiên cứu này là gì?
   Nghiên cứu tập trung vào hệ thống giao thông thông minh tại Việt Nam nhưng có thể mở rộng sang các ứng dụng IoT khác trong tương lai.

Kết luận

• Đã phát triển thành công một phương pháp tự xác thực trong ITS dựa trên hệ thống bút danh và Blockchain, giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư, kết nối và tắc nghẽn mạng.
• Áp dụng chữ ký BLS và BGLS giúp tăng hiệu suất xác thực và giảm chi phí tính toán, phù hợp với môi trường mạng phân tán của ITS.
• Mô hình cho phép hoạt động hiệu quả ngay cả khi mất kết nối liên tục với Cơ quan Đáng tin cậy, tăng tính ổn định cho hệ thống.
• Kết quả thử nghiệm cho thấy giải pháp có khả năng ứng dụng thực tiễn cao, góp phần nâng cao bảo mật và quyền riêng tư trong giao thông thông minh.
• Đề xuất triển khai rộng rãi và nghiên cứu mở rộng sang các lĩnh vực IoT khác trong vòng 1-2 năm tới để tận dụng tối đa lợi ích của công nghệ.

Các nhà quản lý và chuyên gia công nghệ nên phối hợp triển khai thử nghiệm thực tế, đồng thời đào tạo nhân lực để ứng dụng giải pháp này trong các dự án ITS hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY TRAN VAN HAU SELF-AUTHENTICATION IN THE IOTS/TRANSPORTATION SYSTEM Major: Computer Science Major code: 8480101 MASTER’S THESIS HO CHI MINH CITY, July 2023 THIS THESIS IS COMPLETED AT HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU-HCM Supervisor: Dr. TRUONG TUAN ANH Examiner 1: Assoc. NGUYEN TUAN DANG Examiner 2: Dr. PHAN TRONG NHAN This master’s thesis is defended at HCM City University of Technology, VNU- HCM City on July 11th, 2023.

Master’s Thesis Committee: 1. TRAN MINH QUANG 2. NGUYEN THI AI THAO 3. NGUYEN TUAN DANG 4.

PHAN TRONG NHAN 5. DANG TRAN TRI Approval of the Chairman of Master’s Thesis Committee and Dean of Faculty of Computer Science and Engineering after the thesis being corrected (If any). CHAIRMAN OF THESIS COMMITTEE DEAN OF FACULTY OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING Assoc. TRAN MINH QUANG Page |i VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Independence – Freedom - Happiness THE TASK SHEET OF MASTER’S THESIS Full name: TRAN VAN HAU Student ID: 1970505 Date of birth: April 2nd, 1997 Place of birth: HCM City Major: Computer Science Major ID: 8480101 I.

THESIS TITLE: SELF-AUTHENTICATION IN THE IOTS/TRANSPORTATION SYSTEM BẢO VỆ TÍNH RIÊNG TƯ TRONG TỰ XÁC THỰC CỦA HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH II. TASKS AND CONTENTS: 1. Research and evaluate authentication schemes in Intelligent Transportation System. Research on mathematics for self-authentication.

Research on applying Blockchain in Intelligent Transportation System. Propose a self-authentication scheme with Blockchain support. Implement and evaluate the proposed scheme with respect to security. THESIS START DAY: February 6th, 2023 IV.

THESIS COMPLETION DAY: June 10th, 2023 V. TRUONG TUAN ANH Ho Chi Minh City, June 9th, 2023 SUPERVISOR CHAIR OF PROGRAM COMMITTEE (Full name and signature) (Full name and signature) Dr. Truong Tuan Anh DEAN OF FACULTY OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING (Full name and signature) P a g e | ii ACKNOWLEDGEMENTS I would like to express my profound gratitude to my thesis instructor Dr.Truong Tuan Anh for his invaluable guidance and support throughout every stage of the thesis process. A special thanks goes to my family and friends at the BKU, who have faith in me and been a constant source of encouragement on this journey.

I would also like to acknowledge my colleagues at TMA Solutions, who have shared with me the tasks so that I can focus on this research. Last but not least, I want to thank all other individuals from the faculty and IMP who have in one way or the other contributed to this research effort. Without their support, this achievement would not have been possible. Self-Authentication In Ho Chi Minh City University of Technology The Iots/Transportation System International Master Program P a g e | iii ABSTRACT With the evolution of the world, technology has become an integral part of a new transportation model called Intelligent Transportation System (ITS).

Within ITS, Vehicular Adhoc Network (VANET) is a crucial infrastructure component that provides features such as traffic monitoring and road safety messages. However, the process of broadcasting is susceptible to privacy threats because the user's identity is transmitted in clear text. Therefore, alongside Connectivity and Bottleneck, Privacy can be seen as a significant challenge in ITS. Privacy and authentication are closely linked, as vulnerabilities can be exposed during anomalous actions followed by successful authentication.

Hence, to protect the privacy, authentication with a Pseudonym-based System is deployed, relying on a Trusted Authority (TA) as a pseudonym supervisor. However, the connection between TA and vehicles can lead to Connectivity or Bottleneck issues in rural and urban areas respectively. As a result, authentication is considered as a front line of defense against Privacy breaches, but Connectivity and Bottleneck concerns necessitate self-authentication, which authenticates independently of TA. The thesis examines Privacy by analyzing related studies and devises an improved self-authentication method to protect it based on Pseudonym-based System and Blockchain.

The proposed scheme employs BLS Signatures for efficient synchronization between different stages of the system, from registration to revocation; while requiring only a single connection to TA during the registration stage.