5）µ4&&OWVFEFM%0$503A5%&% MJWSé QBS：航空航天高级研究所国际共同导师：麦格理1SéTFOUEF FU TPVUFOVF QBS：玛丽娜·德赫兹·克莱门蒂2022年3月17日星期5JUSF：利用区块链增强分布式分布式系统中支持区块链的信任与安全EDPMF EPDUPSBMF和学科或专业：ED MITT：计算机科学与电信6OJUEE EF SFDIFSDIF：ENAC-LAB-ENAC研究实验室%JSFDUF VS（T）EFTF：M. Emmanuel LOCHIN（博士生导师）M. Dali KAAFAR（论文联合主任）陪审团：M. Mohamed Yacine Ghamri-Doudane拉罗谢尔大学教授-校长M. Daniel Augot INRIA Saclay研究总监-报告员Jean-ChristopheDENEUVILLE ENAC高级讲师-审查员M. Joaquin GARCIA-ALFARO巴黎理工学院IMT教授-报告员M. Dali KAAFAR澳大利亚麦考瑞大学教授-论文联合主任Emmanuelle LACAN女士空中客车防务航天科学主管-考官M.塞德里克·劳拉杜 INRIA Rennes研究员-检查员M. Emmanuel LOCHIN ENAC教授-论文主任ii©Marina Dehez-Clementi，2019年。T Y P是在LATEX2"。iii.根据日期为2018年11月14日的Cotutelle协议，本论文提交给麦格理大学和ISAE-SUPAERO，以满足哲学博士学位的要求。据我所知和所信，本文所介绍的工作是原创的，除非在正文中被确认。我在此声明，我没有提交本材料，无论是全部或部分，在这个或任何其他机构的学位，除了麦格理大学和ISAE-SUPAERO。玛丽娜·德赫兹-克莱门蒂iv确认书这是结束，我在这里。经过三年的不断质疑，谁会知道呢？很难找到合适的词语来表达我对所有在这场伟大的冒险中分享了一个时刻的人的感情和感激之情，所有一路上支持我的人。首先，也是最重要的，我要感谢我的导师，EmmanuelLochin教授和Dali Kaafar教授，没有他们，这次旅行就不会开始。 如果不是因为他们对我的信仰和他们给我的证明自己的机会，我不会在这里。在同样的层面上，我想感谢尼古拉斯·拉里厄教授，他和我一起开始了这次冒险，并在我作为一 名 研 究 人 员 的 最 初 时 刻 鼓 励 了 我 。 接 下 来 ， 我 要 感 谢 Jean-ChristopheDeneuville博士和Hassan Asghar博士对我的研究项目的技术支持、指导和参与。如果我不感谢杰罗姆·拉康教授在我攻读博士学位期间给予我的宝贵建议和持续支持，我将是不感激的。如果没有我们漫长的下午头脑风暴，我的论文就不会一样。当然，我想对审稿人花时间审阅我的论文和审稿人接受成为我的辩护陪审团的一部分表示最深切的感谢。我还要向ISAE-SUPAERO的ResCom团队、OptusMacquarie大学网络安全中心和ENAC的ResCo团队的所有成员表示衷心的感谢。在过去的三年里，无论我在哪里工作，无论是在图卢兹还是在海外的悉尼，我都感到受到了欢迎、支持和帮助。妈妈爸爸奶奶。这篇论文，我的成功和胜利，我把它都给了你。没有任何语言可以形容我是多么感谢出生在你爱的家里。你v六AK NO WLEDGEMENTS牺牲和忍受困难的时刻，以提供一切，如果我可以追求我的梦想。你无条件的支持和对我的坚定信仰，即使我相信我已经失去了，让我经历了每一个糟糕的情况和失望。我希望有一天能和你一起生活，我希望这足以证明我已经开始了。在这一点上，我应该感谢另一个人，因为他向我展示了支持、关心和保证的真正意义，而怀疑是对我自尊心的忽视。谢谢你分享我所有的失望和胜利，也谢谢你成为我能在最强的风暴中坚持下去的岩石。对我的朋友们，我希望你们能认识到自己，我感谢你们所有人分享我的压力，我的笑声，我的痛苦，最重要的是，在必要的时候听我抱怨。我几乎忘记了。 还有一个人我很感激。 而这个人我知道这听起来像什么：自命不凡，傲慢，以自我为中心，或者对一些人来说可能无关紧要。没有我，这一切都不可能发生，所以谢谢你，老朋友。你应该像一路上为你服务的所有人一样珍惜这些话。我为你骄傲。我期待着看到你会成为什么样的人，并祝你好运。多么大的冒险啊! 谢谢。出版物列表会议和讲习班。• Marina Dehez-Clementi ， Nicolas Larrieu ， Emmanuel Lochin ， HassanAsghar ， Dali Kaafar ， When Air Traffic Management meets Blockchaintechnology：一种基于区块链的保护飞行数据共享的概念，在IEEE/AIAA第38届数字航空电子系统大会（DASC 2019）上，第1 -10页，2019年。• Marina Dehez-Clementi，Jean-Christophe Deneuville，Jerôme Lacan，HassanAs-ghar ， Dali Kaafar ， Who let theDOGS out ： anonymous-but-auditablecommunications using Group Signature schemes with Distributed Opening，在第四届加密货币和区块链技术国际研讨会（CBT 2020）上，第12484卷，2020.• Marina Dehez-Clementi，Jean-Christophe Deneuville，Jerôme Lacan，HassanAs-ghar，Dali Kaafar，《区块链支持的匿名-尚未-可追溯的分布式密钥生成》，第四届IEEE区块链国际会议（Block-chain 2021），第X卷，2021。未出版。• Marina Dehez-Clementi，Jean-Christophe Deneuville，Jerome Lacan，HassanAs-ghar，Dali Kaafar，区块链支持的匿名但负责任的解密服务，2021年。七viii列表O Ff fPUBLICATIO nS摘要截至2016年，道路伤害造成的死亡人数达到135万人，通常是人为错误造成的。互联网和互联设备的技术扩展促进了有时至关重要的信息交换。这就是为什么在汽车自动化方面做了很多工作。改善道路安全是这一领域研究的驱动因素之一，也是智能交通系统（ITS）广泛采用的驱动因素之一。ITS被定义为由具有处理和无线通信能力的车辆形成的特定自组织网络，车辆可以直接或通过中间节点彼此通信。ITS和汽车通信中安全性的主要重点是提供交换消息的完整性和支持它们的服务的可用性，而不是它们所包含内容的机密性。在汽车通信中，提供问责制，即一种识别通信实体并使其对所广播的 它保证了任何错误错误行为的节点被识别、撤销、可能因其行为而受到惩罚以及随后的后果。然而，这种识别机制的存在会给用户带来隐私风险，即使他们是诚实的。本文的重点是在分布式系统（如ITS）中匿名性和可追溯性之间的微妙权衡。我们研究了区块链在构建隐私保护但可问责的加密阈值原语中的应用，以及它们在ITS案例中的应用。九x列表O Ff fPUBLICATIO nS我们的第一个贡献是一个基于区块链的群签名方案，它具有一个名为DOGS的分布式开放功能。我们将证明该方案改进了传统的组签名方案，并利用分布式密钥生成协议在一组称为子打开器的节点上分发打开器的角色我们的第二个贡献是一个匿名的、尚未被追踪的分布式密钥生成（DKG）协议，称为BATKey，它使用区块链在参与的破坏实体之间提供信任。我们将介绍如何使用匿名特性增强传统的DKG提案，以保护参与者的身份。我们的第三个贡献是一个基于区块链的阈值加密方案，带有一个匿名的、尚未负责的解密服务，称为T OAD。我们将证明该方案建立在阈值加密之上，并提出了一个保护解密服务器身份的在整个章节中，我们将解释区块链的使用如何保证匿名节点在系统中执行的操作的可追溯性，从而在保护隐私的同时确保它们的问责制。这些方案在数字化时代尤其重要，即使在ITS领域之外。然而，我们选择通过我们的最后一个贡献来说明它们在ITS背景下的重要性：描述我们构建的基于区块链的私有化但可问责的流量报告系统。摘要2016年，道路交通事故死亡人数达到1,35万人，这些事故往往是人为错误造成的。互联网和互联网络的技术扩展促进了信息的交流，有时是至关重要的信息。这就是为什么在车辆自动化方面做了很多工作。L’amélioration de la sécuritéroutière est l’un des facteurs qui motive la recherche dans ce domaine et pousse versl’adoption de systèmes de transport intelli- gentsITS被定义为一种特殊的自组织网络，由在城市环境中运行的车辆组成，能够通信和处理接收到的信息。车辆可以直接通信、点对点通信或通过中间节点ITS和车辆通信安全的主要目标是提供交换消息的完整性以及支持这些交换的服务的可用性。其内容的保护和保密性是次要目标，因为它不是至关重要的。确保问责制，即这种机制必须确保任何遭受故障、崩溃或恶意行为的节点都被识别、撤销，并最终对其行为及其后果进行惩罚。然而，这样的识别机制本文研究了匿名性和可追溯性之间的微妙权衡。十一xii列表O Ff fPUBLICATIO nS分布式系统（如ITS）。我们研究了区块链（区块链）在构建阈值加密原语中的应用。这些原语用于维护隐私，但也用于维护参与者的责任。我们的第一个贡献，称为DOGS，是一个基于区块链的群签名方案，提供在本文中，我们将证明，该系统改进了现有的组签名方案，并利用分布式密钥生成协议在一组称为子打开器的节点上分配打开器的角色我们的第二个贡献是一个匿名但可追踪的分布式密钥生成，称为BATKey，它使用区块链来确保组成系统的不同实体之间的信任在论文的其余部分，我们解释了我们如何改进传统的协议与d’anonymat qui protège l’identité des我们的第三个贡献，称为T OAD，是一个基于区块链的阈值加密方案，具有匿名但可追踪的解密服务。该方案通过保护解密服务器的身份的协作解密过程来极大地改进已知的阈值加密方案在整个章节中，我们解释了区块链的使用如何这些模式在数字时代是最重要的，甚至在ITS领域之外。然而，我们选择通过我们的最新贡献来说明它们在ITS背景下的重要性：描述我们构建的基于区块链的交通报告系统，该系统保持了匿名性。 节点报告信息，但在发生争议时对其消息负责。内容物确认v出版物清单图19列表表二十三列表1引言11.1方法。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...31.1区块链层。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31.2网络层。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 51.2挑战、动机和贡献。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...71.2.1使用分布式审计进行匿名身份验证的DOGS1.2.2BATKey，保护隐私但负责DKG101.2.3T OAD和阈值匿名-尚未负责解密111.3论文路线图13我关于智能交通系统（ITS）、区块链和隐私2 背景19xiv列表O Ff fPUBLICATIO nS2.1车载自组织网络和通信20十三2.1.1系统型号212.1.2车辆通信232.1.3应用程序242.1.4安全要求和挑战252.1.5对手和攻击262.1.6缓解技术和限制292.2区块链与近期进展322.2.1区块链的描述322.2.2区块链简史322.2.3区块链与应用372.2.4区块链的固有局限性392.3论文3 文献综述493.1关于集团签名和权力下放503.1.1定义和历史503.1.2实现分布式开放功能553.1.3组签名方案的应用563.1.4基于区块链的组签名方案563.2与BATKey59相关的分布式密钥生成协议3.2.1定义和历史593.2.2DKG62的主要结果和改进3.2.3DKG62的应用3.2.4基于区块链的DKG方案633.3使用匿名解密的阈值加密643.3.1定义和历史653.3.2阈值加密的应用663.3.3基于区块链的阈值加密方案67II框架的构建和分析4 从理想世界到实际环境的隐私和责任4.1理想设置的组签名724.1.1设置724.1.2目标和方法744.1.3新DEN消息传递模式77的描述4.1.4基于GS的新DEN消息传递协议80分析4.1.5限制824.2一个新的组签名结构：DOGS824.2.1新设置834.2.2目标和方法844.2.3狗的描述4.2.4DOGS94的安全性分析4.2.5基于DOGS的新DEN消息传递模式95的描述4.2.6基于DOGS的新DEN消息传递协议96的分析5 ITS99中的审查阻力OAD5.1审查制度问题1005.1.1设置1005.1.2目标1025.1.3我们的方法1035.2向发行人即服务迈进1055.2.1假设1055.2.2增强型新DEN消息传递协议1055.2.3分析和局限性1085.3T OAD110的建造xvi列表O Ff fPUBLICATIO nS5.3.1建筑1105.3.2安全分析1155.3.3新的DEN消息传递协议如何从T OAD中获益？1196 BATKey：一个支持区块链的匿名但可追踪的DKGT OAD1216.1建筑1226.1.1密码工具1226.1.2系统和通信模型1236.1.3方案描述1236.2安全分析1306.2.1目标功能1306.2.2对手模型1306.2.3正确性、稳健性和分布1306.2.4匿名性和可追溯性1326.3实施和评估1346.3.1密码工具的选择1346.3.2我们为什么选择比特币和RootStock？.............................................1356.3.3CoinJoin和CoinShu合并1366.3.4比特币、Rootstock（RSK）和CoinJoin137的6.3.5气体方面的评估137III对ITS的应用、结论和前景1417面向ITS的完整区块链支持隐私增强型流量报告系统7.1论文背景摘要1447.1.1关于DENM1447.1.2符合ETSI146的 DENM安全性7.1.3安全汽车通信的其他加密方法第148章7.1.4基于组签名的身份验证方案1507.2术语和系统概述1537.2.1节点1537.2.2网络1547.2.3上下文1547.2.4DEN消息的结构1557.2.5设计的基于侧链的日志记录功能1587.3框架说明1597.3.1原始人1607.3.2框架说明1627.3.3使用基础架构1667.3.4安全审查1687.3.5与ITS169的现有身份验证方案的比较7.3.6结论1708 结论和未来研究展望1718.1结论1728.2限制1738.3开幕式1748.3.1使用T OAD对共享治理下的数据进行8.4公平和匿名的关键1768.5未来工作1788.5.1对拟议实施方案的深入分析1788.5.2混合技术知识现状1788.5.3基于多个侧链的基础设施179DOGS和T OAD181的实现A.1 DOGS182的实施A.1.1场景182A.1.2实施选择185xviii列表O Ff fPUBLICATIO nSA.1.3评估和讨论186A.1.4未来工作191A.2 T OAD201的实施A.2.1场景201A.2.2实施选择203A.2.3应用于组A.2.4评估和讨论207A.2.5未来工作213参考文献217图列表1.1简单ITS环境及其传说的插图 . . . . . . . ... ...82.1智能交通系统示例202.2ETSI第23层2.3区块链组件和基本概念的简单说明，包括：具有事务、块、哈希指针、随机数和Merkle树的分类账（子图A）;具有分类账复制和节点连接性的对等网络（子图B）;以及双重支出问题和长链缓解技术（子图C）342.4区块链技术分类362.5双向钉的插图[1]412.6分散式环境通知消息（DENM）中包含的结构和数据的2.7拟议框架的分层概述453.1Bellare、Shi和Zhang的动态群签名方案（稍后重新发布） 以BSZ的形式转发.......................................................................................................................543.2Gennaro等人’s secure DKG4.1具有一个可信机构、一个路边单元和一套车载单元的十九xxI4.24.3概述拟议的新的分散式环境通知信息结构。. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...一个可信机构（TA）的新系统模型一组路边单元（RSU）和一组车辆（OBU）。 . . ...76834.4DOGS工作流程图。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...865.1系统模型的新概述。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...1015.2协议执行和生成的跨平台区块链的说明行动。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ...1146.1拟议方案的执行流程概 述 。... ... ... ... ... ... ... ... ... ...1257.1描述一个节点向其对等体报告危险并导致事件存档的研究上下文的插图... ... ... ... ...1557.2ETSI在[2]中规定的DENM的内容和格式。 . . . . . ...1577.3拟议的新DENM的内容和格式。 . . . . . . . . . . . ...1577.4基于侧链的区块链架构的详细概述。 . . . . ...1597.5建议框架的自上而下描述。 . . . . . . . . . ...1608.1基于多边链的区块链架构的详细概述。. . ...180A.1天然气消耗的原始数据文件摘录。 . . . . . . . . . ...187A.2从原始数据文件中提取时间消耗。 . . . . . . . . ...187A.3 每个实体消耗的天然气总量。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 188A.4每笔交易消耗的天然气总量。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...189A.5每笔交易消耗的天然气总量，分阶段分类。... ... ... ... ... ... ... ... ...190A.6协议在每个实体上花费的总时间。 . . . . . . . . . . . ...190A.7A.8每次操作花费的总时间。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...比较方法3和方法4对智能合约中存储的数据量和参数的预期演变 . . . . ...191198A.9T OAD客户端Web应用程序的屏幕截图 . . . . . . . . . . . . .202A.10 T OAD实施的天然气消耗原始数据文件摘录
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