车载自组织网络环境下安全高效的消息认证方法研究

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随着5G技术的不断部署与应用,车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)面临前所未有的发展机遇。但由于车载网中节点动态性强,网络拓扑结构变化快,从而导致车辆节点的认证速率慢,消息丢包率高等一系列问题。另一方面,一些恶意车辆利用节点的互联性,发起类似篡改、冒充、重放等恶意攻击,对交通状况与车辆安全造成很大的隐患。不仅如此,攻击者可以借助车载网非法获取用户隐私信息如行车轨迹、车主信息等,很容易导致驾驶员的隐私泄露,因此为车载网提供安全高效的消息认证方法具有重要的现实意义。针对上述问题,本论文主要研究内容具体如下:(1)针对车载网消息认证存在的计算速率慢,用户隐私泄露,易遭受非法攻击的问题,提出了一种基于身份的消息认证方法。该方法使用椭圆曲线密码加密技术保护消息的完整性,同时使用匿名认证保护用户隐私,采用批量消息认证保证认证速度,一方面确保了车载网信息的安全传输,另一方面满足了车辆节点与路边单元节点间的消息认证的需求。通过安全分析与仿真分析,验证所提出的方法在实现车载网通信安全与隐私保护的同时,不仅提高了消息认证速率,而且减少了消息签名生成与认证过程中产生的计算开销和通信开销。但当交通环境中的消息数量剧增时,无法保证路边基础设施(Road Side Unit,RSU)对每辆车的签名进行认证,导致出现一定的消息延迟,故在此方法基础上又提出另一种方法针对消息延迟问题进行了改善。(2)为了解决消息认证过程中存在的延迟问题,依据车载网的特性提出基于代理车辆的消息认证方法。RSU首先寻找具有额外计算资源的车辆成为代理车辆,其次雇佣这些代理车辆对其他车辆的消息进行验证,然后将验证结果传输给附近的RSU,RSU只需验证代理车辆的输出结果,不需对每辆车的消息进行认证,从而达到减少消息延迟,降低消息丢包率的目的。同时在椭圆曲线离散对数问题下,验证底层签名对自适应选择消息的不可伪造性,保证其满足消息认证的安全目标,并且通过推理分析证明本方法能够提高认证速率,减少RSU的认证开销。理论分析与仿真结果表明,本文所提出的认证方法能够提高消息认证速率,降低认证时延,减少认证过程产生的计算开销与通信开销,同时满足车载网的安全要求,达到预期目标。
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