车用无线通信技术（Vehicle-to-Everything,V2X）使得车辆能够通过车对车（Vehicle-to-Vehicle,V2V）和车对路（Vehicle-to-Infrastructure,V2I）通信技术分别与周围车辆和基础设施进行信息交互,从而提升车辆驾驶安全、道路交通运行效率以及驾驶体验。由于V2X通信依赖于公共开放信道且承载的信息直接关系到交通甚至生命安全,导致V2X通信过程易遭受到敌手攻击,因此需要考虑V2X通信过程中的安全问题。认证与密钥协商算法使得V2X通信实体在交互过程中能够实现消息本身和消息发送方身份的可认证性,同时能够协商出一个用于后续安全通信的共同会话密钥。现有面向V2X通信的认证与密钥协商方案存在计算与通信开销过高、安全假设过多、场景覆盖不全等问题,本文针对V2X通信场景,分别从中心化和去中心化两个方面,设计多场景下轻量级且具有高安全强度的认证与密钥协商方案,主要贡献如下:1.提出了一种适用于V2V通信的交通紧急消息轻量级认证方案。针对现有V2V认证方案的通信开销难以满足交通紧急消息对时延的要求,以及未考虑到安全防篡改装置中密钥的安全更新问题,提出了一种基于消息恢复原理且支持系统密钥更新的轻量级认证方案,可以用于保护V2V通信中的交通紧急消息广播应用。该方案利用椭圆曲线密码学并基于消息恢复原理设计了一种轻量级的交通紧急消息认证算法,以实现交通紧急消息及其发送方的可认证性;并设计了一种系统密钥广播更新算法,以提升依赖于系统密钥的认证算法的安全性。安全性分析表明该方案不仅满足条件匿名性、可认证性等安全与隐私特性,同时还能够抵抗包括中间人攻击、侧信道攻击在内的各种攻击手段。性能分析表明相对于同类型的方案,该方案能够在保持较低的计算开销的同时具有非常低的通信开销。2.提出了一种适用于V2V和V2I通信的轻量级认证与密钥协商方案。针对现有V2X认证与密钥协商方案难以安全高效地同时支持V2V和V2I通信的问题,提出了一种基于二叉密钥树的轻量级认证与密钥协商方案,可以用于保护包括队列驾驶在内的需同时依赖于V2V和V2I通信的应用。该方案利用椭圆曲线密码学设计了一种轻量级认证算法,以实现密钥协商过程中的条件匿名性和可认证性;并设计了一种基于二叉密钥树的轻量级密钥协商算法,以支持车辆动态加入、退出、跨路边单元时的密钥协商。安全性分析表明该方案满足V2X通信中各种安全与隐私要求;性能分析表明该方案能够在多种场景下具有较低的计算与通信开销。3.提出了一种适用于车与雾节点通信的多可信中心轻量级认证与密钥协商方案。针对现有V2I认证与密钥协商方案所采用的中心化架构导致系统安全性与健壮性不足,以及计算与通信开销难以满足时延敏感的车与雾节点通信应用对方案性能要求的问题,提出了一种基于多可信中心模型的轻量级认证与密钥协商方案,可以用于保护对时延敏感的车与雾节点通信应用。该方案设计了一种多可信中心分布式通信架构,以提升系统的健壮性以及实现车辆真实身份列表的隐私保护;并利用对称密码学在不牺牲安全强度的前提下设计了一个轻量级认证与密钥协商算法,以实现车辆与雾节点密钥协商过程中的高效性与安全性。安全性证明与分析表明该方案满足会话密钥语义安全以及多种V2X通信安全与隐私要求,性能分析表明该方案相对于同类型方案具有显著的性能优势。4.提出了一种适用于V2X通信的全去中心化轻量级认证与密钥协商方案。针对现有基于区块链的V2X认证与密钥协商方案依赖于可信实体、无法实现完全去中心化、性能存在提升空间等问题,提出了一种基于智能合约的完全去中心化的轻量级认证与密钥协商方案,可以用于保护无可信中心环境下的V2X通信。该方案利用智能合约设计了一个车辆管理机制,以实现在无可信中心的公有链环境下车辆身份或公钥的注册、认证、撤销等功能;并利用椭圆曲线密码学设计了一种轻量级认证与密钥协商算法,以实现在无可信中心环境下保障V2V或V2I场景中密钥协商过程的高效性与安全性。安全性证明与分析表明该方案能够满足多种安全特性并能够抵抗各种攻击;性能分析表明该方案具有较低的部署成本,且在V2V和V2I两种模式下相对于同类型方案都具有一定的性能优势。