DOI: https://doi.org/10.1016/j.treng.2026.100424
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Aparna Singh وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات تكنولوجيا البلوكشين والأمان
نظرة عامة
تقدم ورقة البحث بنية جديدة لمشاركة البيانات اللامركزية لأنظمة النقل الذكية (ITS)، حيث تعالج الحاجة الملحة لآليات مشاركة بيانات آمنة وفعالة في بيئات غير متجانسة. يدمج النظام المقترح إطار تشفير مدفوع بسلسلة التتابع مع مخطط تشفير قائم على السياسة النصية المعدل (CP-ABE). تتيح هذه البنية عقود ذكية واعية بالسياق لتحديد سياسات التشفير المناسبة بناءً على سمات البيانات مثل نوع الحدث، الوقت، والموقع الجغرافي. من خلال استخدام وحدات على متن المركبات (OBUs) للتشفير من النهاية إلى النهاية وتخزين النصوص المشفرة في سلاسل الكتل المحلية، يعزز النموذج الأمان مع تقليل الاعتماد على التشفير المتماثل والتخزين خارج السلسلة. يتم حماية الأحداث عالية الحساسية بقواعد وصول متعددة صارمة، بينما تستخدم التحديثات الروتينية سياسات أخف لتخفيف متطلبات المعالجة.
تظهر النتائج أن النظام المقترح يحسن بشكل كبير الثقة والشفافية وقابلية التدقيق من خلال القضاء على خوادم الوكيل المركزية واستغلال العقود الذكية. تسهل السجلات اللامركزية التخزين الفعال والآمن للبيانات المشفرة الخاصة بالمركبات، مما يضمن ثباتًا عاليًا. يعمل دمج سلطة موثوقة على تبسيط عملية التهيئة وتوزيع المفاتيح دون تعقيد نموذج الثقة. تشير نتائج المحاكاة إلى أن النموذج يتفوق في الكفاءة الحاسوبية والعبء الاتصالي، حيث يحقق وقت تشفير ثابت قدره 37.75 مللي ثانية بغض النظر عن حجم مجموعة السمات وتقليص وقت فك التشفير بنسبة 83% مقارنة بالطرق الحالية. بالإضافة إلى ذلك، يدعم النظام الإلغاء التلقائي وتحديث السمات من خلال العقود الذكية، مما يعزز الاستجابة. البنية جاهزة للنشر في العالم الحقيقي، مع إمكانية تحسينات مستقبلية لاستيعاب تحديثات السياسات الديناميكية بناءً على المعلومات السياقية مثل تدفق حركة المرور وبيانات البيئة.
مقدمة
يمثل إنترنت المركبات (IoVs) نظام شبكة متكامل يستفيد من تقنيات متنوعة، مثل الاستشعار الإلكتروني وتكنولوجيا المعلومات المتقدمة، لتعزيز الاتصال ومشاركة المعلومات بين المركبات والإنترنت. تهدف هذه التكامل إلى تحسين كفاءة الطرق، وتقليل حوادث المرور، وتسهيل الشبكات الذكية للنقل، مما يثري في النهاية تجارب القيادة الفردية. ومع ذلك، من المتوقع أن يؤدي الانتشار السريع للمركبات الذكية إلى توليد كميات هائلة من البيانات، مما يطرح تحديات كبيرة لأنظمة التخزين والإدارة التقليدية المعتمدة على السحابة، خاصة بسبب الخصائص الفطرية لإنترنت المركبات من حيث الحركة العالية، والكمون المنخفض، والتعقيد.
للاستفادة بشكل فعال من إمكانيات أنظمة النقل الذكية (ITS)، يجب أن تكون بنية تبادل البيانات والتخزين لإنترنت المركبات لامركزية، موزعة، قابلة للتشغيل المتبادل، مرنة، وقابلة للتوسع. اقترحت الدراسات السابقة أنظمة شبكات مركبات موزعة متنوعة لمواجهة هذه التحديات. ومع ذلك، فإن ضمان حساب متسق عبر العقد أثناء مشاركة البيانات في الوقت الحقيقي يقدم مخاوف بشأن أمان البيانات، وتوافرها، وخصوصية العقد. تشمل القضايا الرئيسية خطر نقطة فشل واحدة (SPOF) في تحميل البيانات من وحدات الطريق، وإمكانية وجود عقد خبيثة لنشر معلومات خاطئة، وإنشاء جزر معزولة من المعلومات بسبب النقل من نقطة إلى نقطة، ونقص آليات التفويض التي قد تؤدي إلى مشاكل في توافر البيانات وانتهاكات الخصوصية.
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون دمج تقنية البلوكشين مع مخطط تشفير قائم على السياسة النصية المخصصة (CP-ABE) لتعزيز مشاركة البيانات في أنظمة النقل الذكية (ITS). يعالج النظام المقترح، الذي يُطلق عليه Relay-Chain CP-ABE (RC-CP-ABE)، قيود الشبكات المركبات الحالية التي تعتمد بشكل كبير على وحدات الطريق (RSUs) للتواصل وتنفيذ الإجماع. يبرز المؤلفون الثغرات المرتبطة بوحدات الطريق، مثل نقاط الفشل الفردية والهجمات العدائية المحتملة، التي يمكن أن تضر بسلامة بيانات المركبات والاتصال. للتخفيف من هذه القضايا، يسمح إطار RC-CP-ABE لوحدات على متن المركبات (OBUs) بتشفير البيانات في الوقت الحقيقي بناءً على سياسات حساسة للسياق تحددها عقد ذكية قائمة على سلسلة التتابع، مما يمكّن من نقل البيانات بكفاءة وأمان عبر المناطق.
تشمل المساهمات الرئيسية للدراسة آلية جديدة لإدارة سياسات التشفير الديناميكية، التي تعدل صرامة CP-ABE بناءً على حساسية البيانات التي يتم نقلها. لا تعمل هذه الطريقة على تحسين الكمون للتحديثات ذات الحساسية المنخفضة فحسب، بل تفرض أيضًا ضوابط وصول صارمة للأحداث الحرجة. بالإضافة إلى ذلك، يقترح المؤلفون بنية بلوكشين متعددة المناطق مت federated تسهل الوصول السلس بين الاختصاصات إلى البيانات المشفرة مع الحفاظ على قدرات قوية للتحكم في الوصول والإلغاء. يركز تصميم النظام على العمليات الخفيفة المناسبة للأجهزة ذات الموارد المحدودة، مما يضمن قابلية التوسع والأمان في مشاركة البيانات عبر شبكات المركبات المتنوعة. بشكل عام، يمثل الإطار المقترح تقدمًا كبيرًا في الإدارة الآمنة لبيانات ITS، مستفيدًا من تقنية البلوكشين اللامركزية وتقنيات التشفير المتقدمة لتعزيز الثقة والكفاءة في الاتصالات المركبات.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.treng.2026.100424
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Aparna Singh et al.
Primary Topic: Blockchain Technology Applications and Security
Overview
The research paper presents a novel decentralized data sharing architecture for Intelligent Transportation Systems (ITS), addressing the urgent need for secure and efficient data sharing mechanisms in heterogeneous environments. The proposed system integrates a relay chain-driven encryption framework with a modified Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption (CP-ABE) scheme. This architecture enables context-aware smart contracts to determine appropriate encryption policies based on data attributes such as event type, time, and geographical location. By employing On-Board Units (OBUs) for end-to-end encryption and storing ciphertext in localized blockchains, the model enhances security while minimizing reliance on symmetric encryption and off-chain storage. High-sensitivity events are protected with stringent multi-attribute access rules, while routine updates utilize lighter policies to alleviate processing demands.
The findings demonstrate that the proposed system significantly improves trust, transparency, and auditability by eliminating centralized proxy servers and leveraging smart contracts. The decentralized ledger facilitates efficient and secure off-chain storage of encrypted vehicular data, ensuring high immutability. The integration of a Trusted Authority streamlines initialization and key distribution without complicating the trust model. Simulation results indicate that the model excels in computational efficiency and communication overhead, achieving a constant encryption time of 37.75 ms regardless of attribute set size and an 83% reduction in decryption time compared to existing methods. Additionally, the system supports automatic revocation and attribute updates through smart contracts, enhancing responsiveness. The architecture is poised for real-world deployment, with potential for future enhancements to accommodate dynamic policy updates based on contextual information such as traffic flow and environmental data.
Introduction
The Internet of Vehicles (IoVs) represents an integrated network system that leverages various technologies, such as electronic sensing and advanced information technology, to enhance communication and information sharing between vehicles and the Internet. This integration aims to improve road efficiency, reduce traffic accidents, and facilitate intelligent transportation networks, ultimately enriching individual driving experiences. However, the rapid proliferation of smart vehicles is expected to generate vast amounts of data, posing significant challenges for traditional cloud-based storage and management systems, particularly due to the IoV’s inherent characteristics of high mobility, low latency, and complexity.
To effectively harness the potential of Intelligent Transport Systems (ITS), the data interchange and storage infrastructure for IoVs must be decentralized, distributed, interoperable, flexible, and scalable. Previous studies have proposed various distributed vehicular network systems to tackle these challenges. Nonetheless, ensuring consistent computation across nodes while sharing real-time data introduces concerns regarding data security, availability, and node privacy. Key issues include the risk of a single point of failure (SPOF) in data uploads from roadside units, the potential for malicious nodes to disseminate false information, the creation of information-isolated islands due to point-to-point transmission, and the lack of authorization mechanisms that could lead to data availability problems and privacy breaches.
Discussion
In this section, the authors discuss the integration of blockchain technology with a customized Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption (CP-ABE) scheme to enhance data sharing in Intelligent Transportation Systems (ITS). The proposed system, termed Relay-Chain CP-ABE (RC-CP-ABE), addresses the limitations of existing vehicular networks that rely heavily on Roadside Units (RSUs) for communication and consensus execution. The authors highlight the vulnerabilities associated with RSUs, such as single points of failure and potential adversarial attacks, which can compromise vehicle data integrity and communication. To mitigate these issues, the RC-CP-ABE framework allows On-Board Units (OBUs) to encrypt data in real-time based on context-sensitive policies determined by a relay-chain smart contract, thereby enabling efficient and secure data transmission across regions.
The key contributions of the study include a novel mechanism for dynamic encryption policy management, which adjusts the strictness of CP-ABE based on the sensitivity of the data being transmitted. This approach not only optimizes latency for low-sensitivity updates but also enforces stringent access controls for critical events. Additionally, the authors propose a federated multi-region blockchain architecture that facilitates seamless inter-jurisdictional access to encrypted data while maintaining robust access control and revocation capabilities. The system’s design emphasizes lightweight operations suitable for resource-constrained devices, ensuring scalability and security in data sharing across diverse vehicular networks. Overall, the proposed framework represents a significant advancement in the secure management of ITS data, leveraging decentralized blockchain technology and advanced cryptographic techniques to enhance trust and efficiency in vehicular communications.