基于区块链技术的车联网密钥管理机制研究

发布时间：2020-04-11 13:47

【摘要】：随着5G技术的逐渐成熟以及“互联网+”行动的大力支持,传统的汽车产业已经发生了巨大变化。汽车智能化和网联化已经成为趋势,通过汽车与周围环境的交互,实现了汽车的智能化控制,智能信息服务以及智能交通管理,重新定义了人们对传统汽车的认识。车联网的出现给人们生活带来了极大的便利,但是汽车智能化引发的安全问题也成为全世界日益关注的焦点。密钥管理机制作为保证网络与信息安全的关键技术,在车联网系统中也扮演着极其重要的角色。然而,随着智能汽车数量的大幅增加,车联网规模的不断扩大,车联网密钥管理也面临着更大的困难和更高的挑战。传统方案的集中式管理模式使得中央机构对大量实时性请求的处理效率成为系统的瓶颈;而且,证书的操作会带来更大的通信开销和计算开销;因此,传统的密钥管理方案并不能满足车联网的发展需求。对于庞大的车联网系统,设计安全高效的密钥管理机制成为了目前研究的重点。为此,本文提出了一种基于区块链技术的车联网密钥管理机制,改善了传统密钥管理方案较低的管理效率,增强了密钥的安全性。通过将区块链技术引入车联网,并且定义了一种由RSU节点构建的区块链网络,实现了公钥数据的验证以及数据添加,进而利用智能合约实现自动化地公钥注册、更新和撤销操作。基于区块链的防篡改特性,实现用户公钥与身份的绑定,在降低系统成本的同时,有效地保证了用户公钥的安全性。同时,基于区块链的分布式特性,消除了传统集中式方案的单点故障问题,提高了密钥管理的透明度和公平性。基于提出的密钥管理架构,本文设计了一种双向认证及密钥协商协议。该协议引入了一种基于双变量多项式的预认证机制,通过执行一个低开销的多项式计算,筛选有效的签名消息进行验证,从而减轻了DoS攻击。为了进一步降低公钥加密传输产生的较大开销,本文提出一种会话密钥协商协议,基于双变量多项式的对称特性,为通信双方生成一对会话密钥,从而保证了数据交互的机密性。最后,本文对所提方案进行了安全性分析,并通过BAN逻辑进行了安全性证明,结果表明本文所提方案满足车联网的安全需求。另外,对所提方案进行了性能分析和实验仿真,并与传统的一些方案进行了对比,结果表明本方案可以有效地降低成本开销,并且在减少计算、通信、存储开销以及降低时延等方面具有较好的表现。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP311.13;TN918.4;U495

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