面向6G的雾无线接入网内生安全数据共享机制研究

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021005

通信学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (1): 67-78.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2021005

所属专题： 6G

面向6G的雾无线接入网内生安全数据共享机制研究

刘杨¹^,², 李珺¹^,², 陈文韵¹, 彭木根¹^,²

¹ 北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876
² 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876

修回日期:2020-10-24 出版日期:2021-01-25 发布日期:2021-01-01
作者简介:刘杨（1984- ），男，黑龙江哈尔滨人，北京邮电大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为6G内生安全等。
李珺（1999- ），女，湖南株洲人，北京邮电大学硕士生，主要研究方向为6G内生安全等。
陈文韵（1996- ），女，上海人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为6G内生安全等。
彭木根（1978- ），男，江西吉安人，博士，北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究方向为移动通信组网等。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61972049);国家科技重大专项基金资助项目(2018ZX03001023)

Research on endogenous security data sharing mechanism of F-RAN for 6G

Yang LIU¹^,², Jun LI¹^,², Wenyun CHEN¹, Mugen PENG¹^,²

¹ School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
² State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China

Revised:2020-10-24 Online:2021-01-25 Published:2021-01-01
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(61972049);The National Science and Technology Major Project of China(2018ZX03001023)

摘要/Abstract

摘要：

为解决6G移动通信系统中雾无线接入网中数据共享的数据安全问题，提出了一种实现本地差分隐私和动态批量审计的内生安全数据共享机制。首先，用户本地对数据运行 RAPPOR 算法保护数据隐私；其次，雾接入点对数据进行缓存和预处理；再次，大功率节点对雾接入点上的数据进行基于BLS签名和Merkle哈希树的数据完整性审计；最后，BBU池通过统计分析推断出共享数据的原始分布。安全性分析和仿真表明，所提机制实现了用户的本地差分隐私，并支持安全的多客户端批量审计和数据动态操作，同时具有较高的时间、空间和通信效率。

关键词: 数据共享, 雾无线接入网, 内生安全, 本地化差分隐私, 数据完整性审计

Abstract:

In order to solve the data security problem of data sharing in the fog radio access network in the 6G mobile communication system, an endogenous secure data sharing mechanism that realized local differential privacy and dynamic batch auditing was proposed.First, the user ran the RAPPOR algorithm locally on the data to protect data privacy.Next, the fog access point cached and preprocessed the data.Then the high power node performed a data integrity audit based on the BLS signature and Merkle hash tree on the data cached on the fog access point.Finally, the BBU pool infered the original distribution of shared data through statistical analysis.Security analysis and simulation show that the proposed mechanism realizes the local differential privacy of users, supports secure multi-client batch audit and data dynamic operation, and has high efficiency in time, space and communication.

Key words: data sharing, F-RAN, endogenous security, local differential privacy, data integrity auditing

中图分类号:

TN92

刘杨, 李珺, 陈文韵, 彭木根. 面向6G的雾无线接入网内生安全数据共享机制研究[J]. 通信学报, 2021, 42(1): 67-78.

Yang LIU, Jun LI, Wenyun CHEN, Mugen PENG. Research on endogenous security data sharing mechanism of F-RAN for 6G[J]. Journal on Communications, 2021, 42(1): 67-78.

图/表 11

图1

图2

图3

表1

表2

文献[20]方案的数据完整性审计方案细节"

步骤	实现细节
生成签名	$σ_{i} \leftarrow (H (m_{i}) u^{m_{i}})^{α}$ ， $u \in G_{1}$ ∈G1为用户随机值
发送挑战	$chal = {(i, w_{i})}_{s_{1} \leq i \leq s_{c}}$ ，其中 $w_{i} \overset{R}{\leftarrow} ℤ_{q}$
签名聚合	$σ \leftarrow σ_{s_{1}}^{w_{1}} \dots σ_{s_{c}}^{w_{1}} \in G_{1}$
辅助签名验证	$μ = \sum_{i = s_{1}}^{s_{c}} w_{i} m_{i} \in ℤ_{q}$
签名验证	$e (g_{2}, σ) = e (v, \prod_{i = 1}^{n} H_{0} (m_{i})^{w_{i}} u^{μ})$
MHT实现	结构体

表2

图4

图5

图6

图7

图8

图9

参考文献 20

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功能	数据共享	远程数据完整性审计	公共审计	动态审计	批量审计	隐私保护	隐私保护数据可用性	本地化隐私保护
文献[6]	√	√	√	√	√	√	√	×
文献[10]	√	√	√	×	×	√	×	×
文献[11]	√	√	×	×	×	√	√	×
本文方案	√	√	√	√	√	√	√	√

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Research on endogenous security data sharing mechanism of F-RAN for 6G

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