Analysis of a distributed ledger framework for automotive positioning applications

Late technological developments allowed processors to be smaller and more powerful, granting devices on which they are embedded advanced computational capabilities. The automotive environment is not an exception, vehicles have become smarter, autonomous and capable of exchange information. Although the great potential of these innovations, traffic management has not yet received significant improvements from these new technologies. In fact, there are not that many frameworks designed to assist traffic, and the existing ones are highly centralized and company-owned. Centralization, in particular, if a company is the centralizing entity, brings different threats: on one side the company can be subject to cyberattacks, and on the other, the company itself may not work in the attention of the end users, regulating policies against their interest. The purpose of this thesis is to provide a detailed feasibility study of a new framework, designed to manage information exchange between vehicles through the use of a structure based on a distributed ledger. The framework adopts a consensus algorithm to allow users to evaluate the truthfulness of the information shared within the system, which grants them different values of reputation exploiting statistical inference to assess the reliability of the information. The information, in the analyzed scenario, comprises the position of the sender alongside the ID of a second vehicle. The objective is that of tracking the location of the participants by correlating the information sent by all while keeping a reputation score to detect malicious agents. The implementation of a simulator allowed to conduct experiments that proved both the feasibility of the system in real dimensioned scenarios and its resistance against possible cyberattacks. The research provides ground for future studies since the fast paced development in semi-autonomous vehicles from all manufacturers will shortly lead to the necessity of developing new, company-independent technologies to enable communication. At the same time, the increasing amount of analyzable data in the short future will surely help in increasing the feasibility details of the proposed framework and similar ones.

Le novità tecnologiche degli ultimi anni hanno portato i componenti di dispositivi ad essere non solo sempre più performanti, ma anche più piccoli. Diversi campi sono stati influenzati dalle conseguenze di queste migliorie, ed il settore automobilistico non è rimasto escluso. Nonostante le numerose innovazioni, però, i servizi e le applicazioni volte alla regolamentazione del traffico non hanno ricevuto lo stesso interesse. I pochi sistemi esistenti che si propongono di fornire questo servizio sono fortemente centralizzati e quindi l’intera responsabilità è affidata ad un solo ente che può essere soggetto ad attacchi informatici, ma che può anche rimodulare le proprie politiche o impedire l’accesso a determinati utenti. Lo scopo della tesi è quello di presentare un sistema decentralizzato, distribuito e aperto a tutti, volto a gestire lo scambio di informazioni tra veicoli, appoggiandosi ad una struttura basata su un registro distribuito. Il progetto utilizza un algoritmo di consenso che permette agli utenti di valutare la veridicità delle informazioni condivise nel sistema grazie ad un’inferenza sui dati e fornisce loro diversi valori di reputazione in base alla correttezza di quello che viene dichiarato. Queste informazioni consistono nella posizione geografica del partecipante che la ha trasmessa e la distanza che lo separa dal veicolo identificato; avendo l'obiettivo di tenere traccia del posizionamento dei partecipanti correlando le informazioni inviate da tutti. L’implementazione di un simulatore ha permesso di condurre dei test che dimostrano sia la fattibilità del sistema in scenari reali, che la sua resistenza a possibili comportamenti malevoli. Gli studi portati avanti in questa tesi forniscono le fondamenta per ricerche future, tenendo presente che la diffusione di veicoli intelligenti di diversi fornitori richiederà a breve la necessità di sviluppare tecnologie di comunicazione indipendenti dalle aziende. Allo stesso tempo, aumenterà il numero di dati statistici a disposizione, incoraggiando l’effettiva implementazione di un sistema come questo, che potrà portare non solo un cambiamento nel modo di percepire il traffico, ma anche una diversa assistenza ai mezzi di emergenza, a veicoli con guida autonoma e una maggiore sicurezza di tutti i mezzi circolanti su strada.