车辆自组织网络中的轻量级身份认证研究

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车辆自组织网络作为智能交通系统领域的代表性技术,近年来已经成为学术界和工业界的研究人员非常热衷的研究目标。由于在车辆自组织网络(Vehicular Ad-Hoc Network,VANETs)中,实体间信息的传输大多发生在公开信道,从而使得攻击者能够相对容易地对系统中传输中的消息发起攻击。此外,对于网络中的参与者而言,隐私保护是至关重要的,因为大部分参与提供信息的车辆并不想暴露自己的私密信息。因此,隐私保护问题和通信安全问题是目前车辆自组织网络相关认证技术中亟待解决的问题。此外,实时通信、带宽速率、海量终端链接等需求需要相关认证方案既要保障系统安全和隐私保护,也要保障方案中实体相互认证低时延、尽可能地减小计算开销和通信开销,以防止对负载端和认证端造成认证瓶颈。针对以上需求,本文设计了两个车联网场景下基于不同密码技术的认证方案,本文主要贡献如下:(1)本文提出了一种基于PUF的车联网轻量级隐私保护身份认证方案,方案仅使用基本的加解密操作,如对称加密、异或、哈希函数,实现低延迟的V2I通信;通过PUF避免了物理攻击和假冒攻击;通过设置假名实现车辆的隐私保护问题。通过严格的安全性证明与详细的安全性分析表明该方案可以满足车辆自组织网络中的安全需求。由于方案采用轻量级加解密操作,通过与现有方案对比,显示出本文方案在计算及通信开销方面更具性能优势。(2)本文提出了一种基于区块链的轻量级车联网V2I切换认证协议,车辆可以仅使用哈希和异或操作向其他RSU进行身份验证;协议通过PUF避免了使用智能卡而受到离线口令猜测攻击;如果RSU检测到车辆的异常行为,它可以立即通过区块链网络通知车辆的撤销,即可以在没有TA帮助的情况下进行恶意车辆撤销。并且,严格的安全性证明与详细的安全性分析表明该协议可以满足车辆自组织网络中的安全需求。协议采用轻量级加解密操作,使用椭圆曲线加密算法,没有使用密码学中计算较为复杂的双线性映射运算,通过与现有协议对比,本文提出的协议在计算及通信开销方面展示出更好的性能表现。
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