近年来,随着经济的快速发展和人口的日益膨胀,汽车数量急剧增加,汽车在给人们提供便利的同时,也给道路交通系统带来严峻挑战,如:交通堵塞,事故频发等,这些都给人们的生命财产安全带来严重威胁。智能交通系统(ITS)通过车辆、道路、驾驶员的密切配合来提高交通运输效率,有效缓解交通阻塞,降低交通事故发生率,降低能源消耗,从而减轻环境污染。车辆自组织网络作为智能交通系统的核心基础,引起了政府,汽车制造业以及科研人员的广泛关注。车辆自组织网络在车辆单元、路边单元以及其他车辆之间构建大型移动多跳网络,在高速移动的环境下,实现车辆与车辆,车辆与基站之间的无线通信,通过彼此间发送安全信息数据包,缓解日益严重的交通问题。然而由于车辆自组织网络具有网络规模巨大、无线信道开放、移动轨迹可预见等特性,其更容易遭受攻击,暴露车辆隐私信息。因此提高车辆自组织网络信息传输的安全性,保护车辆隐私成为研究者的主要研究方向。车辆自组织网络具有高移动,网络拓扑变换频繁,不能容忍通信中的延迟等特性,使得椭圆曲线密码等传统的密码算法无法直接应用其中。针对上述问题,本文主要围绕面向汽车信息物理系统的轻量级密码协议展开研究,主要创新点如下:(1)提出了融合物理层密钥生成方法的改进HB密钥协商协议——HB-PL认证方案,该方案显著减少了信息泄露。该方案利用不匹配的比特作为诱导噪声,解决了带噪学习奇偶性(LPN)问题。HB-PL身份认证方法设法减少通过公共信道泄漏的数据量。此外,该方案计算效率高、简单,有助于减少认证过程中交换消息的数量。实验结果表明,与现有的认证技术相比,该方案能够产生安全性更强、性能更高的密钥。(2)提出了多天线技术与改进HB协议的结合方案,MA-HB方案,显著改善了 HB协议的安全功能。针对被动无钥匙进入和启动系统(PKES)提出的MA-HB方案使用多个天线,其中一个授权密钥通过多个邻域,以允许驾驶员进入和启动汽车。此外,对轻量级加密协议HB协议进行了修改,将其与多天线技术进行融合,通过使用多个天线来检测和验证授权密钥在汽车物理附近的存在。将多个天线应用于当前开发的密码算法,为研究人员提高基于RFID的系统的安全性开辟了一种新方法。仿真结果表明,在考虑效率约束的情况下,安全功能得到了改善。(3)提出了一种基于基尔霍夫定律-约翰逊噪声(KLJN)的密钥分配机制,该机制通过增加闭合电路中的电阻来提高比特生成率。KLJN方案通过使用无条件安全密钥交换机制将秘密密钥分配给路边单元(RSU)来消除数字证书的验证。为了减少KLJN密钥的寿命,对原始KLJN密钥交换电路进行了修改。仿真结果表明,在考虑效率约束的情况下,安全功能得到了改善。