随着高速铁路迅猛发展,动车组列车运行自主化和健康管理智能化都面临更高的需求。列车网络控制系统作为动车组的“神经中枢”,承担传输车辆状态信息及控制信息等隐私数据的任务。列车重联场景下,列车之间网络数据传输更加复杂,面临实时...随着高速铁路迅猛发展,动车组列车运行自主化和健康管理智能化都面临更高的需求。列车网络控制系统作为动车组的“神经中枢”,承担传输车辆状态信息及控制信息等隐私数据的任务。列车重联场景下,列车之间网络数据传输更加复杂,面临实时性、安全性、可追溯、防篡改等一系列挑战。以列车网络控制系统中故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)单元和无线传输单元的隐私数据共享传输为例,对PHM数据库进行共享扩充,提出一种基于联盟链的重联列车PHM数据库共享方案。列车网络控制系统为分布式架构,首先以单车PHM单元和无线传输单元作为联盟链节点建立单群组单机构联盟链,在此基础上,对于重联列车设计三群组双机构联盟链。同时,设计基于数据本地存储,验证方式上链的模式,并在网络架构中使用三级证书结构对节点进行身份验证。考虑两单元生成的隐私数据量大的需求,对PBFT算法的消息转发机制和Prepare包进行改进优化,有效减少冗余数据包数量,提高了网络效率。将改进算法后的联盟链进行测试,实验表明:仿真实验环境下,该算法改进后,节点共识成功率达到100%,每秒处理交易数单车系统下提高了18.2%,重联系统下提高了13.3%,平均出块时间在单车系统下平均缩短了29672.25ms,重联系统下平均缩短了72 993.25 ms。研究结果验证了联盟链系统在具备安全性的同时兼顾了高效性,表明联盟链在重联列车PHM数据库共享过程中应用具有极大的可行性,也为列车状态隐私信息安全可追溯提供了技术参考。展开更多
文摘随着高速铁路迅猛发展,动车组列车运行自主化和健康管理智能化都面临更高的需求。列车网络控制系统作为动车组的“神经中枢”,承担传输车辆状态信息及控制信息等隐私数据的任务。列车重联场景下,列车之间网络数据传输更加复杂,面临实时性、安全性、可追溯、防篡改等一系列挑战。以列车网络控制系统中故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)单元和无线传输单元的隐私数据共享传输为例,对PHM数据库进行共享扩充,提出一种基于联盟链的重联列车PHM数据库共享方案。列车网络控制系统为分布式架构,首先以单车PHM单元和无线传输单元作为联盟链节点建立单群组单机构联盟链,在此基础上,对于重联列车设计三群组双机构联盟链。同时,设计基于数据本地存储,验证方式上链的模式,并在网络架构中使用三级证书结构对节点进行身份验证。考虑两单元生成的隐私数据量大的需求,对PBFT算法的消息转发机制和Prepare包进行改进优化,有效减少冗余数据包数量,提高了网络效率。将改进算法后的联盟链进行测试,实验表明:仿真实验环境下,该算法改进后,节点共识成功率达到100%,每秒处理交易数单车系统下提高了18.2%,重联系统下提高了13.3%,平均出块时间在单车系统下平均缩短了29672.25ms,重联系统下平均缩短了72 993.25 ms。研究结果验证了联盟链系统在具备安全性的同时兼顾了高效性,表明联盟链在重联列车PHM数据库共享过程中应用具有极大的可行性,也为列车状态隐私信息安全可追溯提供了技术参考。
文摘经典区块链中拜占庭容错共识机制使用的公钥数字签名在量子计算机的指数级加速下暴露出脆弱性,存在一定的安全风险。针对拜占庭容错共识机制不具有量子安全性的问题,提出了基于HotStuff的高效量子安全拜占庭容错共识机制EQSH(Efficient Quantum-Secured HotStuff)。首先,为解决现有无条件安全签名(Unconditionally Secure Signatures,USS)通信复杂度高的问题,提出了一种高效的多方环形量子数字签名(Efficient Multi-party Ring Quantum Digital Signatures,EMRQDSs)方案,该方案基于一种环形量子网络,在保证量子安全性、不可伪造性、不可抵赖性以及可转移性的同时,通信复杂度为O(n)。其次,为了消除量子敌手对门限签名的安全威胁,对HotStuff中使用的门限签名进行替换,提出了一种基于密钥分发中心的签名收集方案,该方案可以实现与门限签名同样的效果,通信复杂度为O(n),同时保证了量子安全性。最后,将上述两个方案相结合,应用于HotStuff中,提供了量子安全性;设计了一个起搏器保证了活性;简化了共识信息格式,使用流水线共识流程提高了共识效率。EQSH中没有使用量子纠缠等成本较高的技术,可在现有技术条件下实现,实用价值较高。相较于HotStuff,EQSH具有量子安全性。相较于其他非纠缠型量子安全拜占庭容错共识机制,EQSH首次将通信复杂度降为O(n),具有更佳的性能表现,且对于客户端量子线路数量的需求更低,有利于降低量子网络的架设成本。
