基于LTE-R的车地安全认证机制研究
发布时间：2022-07-02 09:36
铁路无线通信系统作为车地通信信号的传输载体,是列车运行控制系统的关键组成部分,是保障列车行车安全的重要基础设施,也是未来建设智能化、信息化铁路的核心装备。GSM-R是目前全球铁路行业中应用最广泛的铁路无线通信系统,投入运行至今已超30年时间。然而,受制于其窄带通信技术特性,GSM-R难以满足未来高速铁路系统针对高冗余度数据的可靠传输、实时多媒体视频监控等业务的要求。因此,国际铁路联盟（UIC）提出发展基于LTE-R的下一代高速铁路无线通信系统。相较于GSM-R,LTE-R基于长期演进技术,具备高带宽、低时延和高速率等优点,但同时更加开放的空中接口,全IP化、扁平化的网络结构使LTE-R容易面临数据窃听、篡改、假冒欺骗、DoS攻击等安全风险。攻击者可以利用系统和协议的弱点,非法接入LTE-R网络,实现对列控、调度信息等机密数据的监听、篡改等操作,危害行车安全。因此,如何实现对接入车载单元（OBU）的身份认证以及空口数据/信令的机密性和完整性保护,满足LTE-R系统接入安全需求以及车地认证的实时性要求成为了相关领域的研究热点。此外,秉承LTE宽带通信技术所具备的优势,LTE-R除了能够满足...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 LTE/LTE-R认证协议研究现状
1.2.2 群组认证协议研究现状
1.3 本文的主要工作
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.4 章节安排
第2章 理论基础
2.1 数论基础
2.1.1 群、域
2.1.2 椭圆曲线
2.1.3 双线性映射
2.1.4 困难问题假设
2.2 认证理论基础
2.2.1 哈希函数
2.2.2 报文鉴别码
2.2.3 数字签名
2.3 密码协议的安全性分析
2.3.1 可证明安全
2.3.2 Pro Verif
2.4 LTE系统简介
2.4.1 LTE网络结构
2.4.2 EPS-AKA协议
2.5 本章小结
第3章 基于混合密码体制的安全增强车地认证方案
3.1 引言
3.2 LTE-R系统模型及安全机制
3.3 基于混合密码体制的安全增强车地认证方案
3.3.1 初始接入认证
3.3.2 重认证
3.3.3 切换认证
3.4 安全性分析
3.4.1 理论分析
3.4.2 Pro Verif分析
3.5 性能比较
3.6 本章小结
第4章 基于无证书聚合签名的群组认证方案
4.1 引言
4.2 新型的LTE-R系统模型
4.3 形式化定义与安全模型
4.3.1 无证书聚合签名的形式化定义
4.3.2 无证书聚合签名的安全模型
4.4 基于无证书聚合签名的群组认证方案
4.4.1 系统注册和初始化
4.4.2 初始接入认证
4.4.3 切换认证
4.5 安全性分析
4.5.1 正确性推导
4.5.2 不可伪造性证明
4.5.3 Pro Verif分析
4.5.4 其他安全特性分析
4.6 性能比较
4.6.1 无证书聚合签名算法性能对比
4.6.2 认证协议性能对比
4.7 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文专利及参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线漫游认证中可证安全的无证书聚合签名方案[J]. 许芷岩,吴黎兵,李莉,何德彪. 通信学报. 2017(07)
[2]一种新型的LTE-A网络切换认证协议[J]. 陈昕,宋亚鹏,刘志强. 电子学报. 2017(02)
[3]无线网络中基于无证书聚合签名的高效匿名漫游认证方案[J]. 刘丹,石润华,张顺,仲红. 通信学报. 2016(07)
[4]一种高效安全的EPS AKA协议[J]. 白媛,王倩,贾其兰,张会兵. 北京邮电大学学报. 2015(S1)
[5]安全的无证书聚合签名方案[J]. 陈虎,魏仕民,朱昌杰,杨忆. 软件学报. 2015(05)
[6]铁路下一代移动通信系统（LTE-R）技术指标体系研究[J]. 李莉. 铁路通信信号工程技术. 2013(S1)
[7]基于ProVerif的安全协议形式化分析与验证[J]. 汪卫. 计算机安全. 2011(10)
[8]安全协议的设计与逻辑分析[J]. 卿斯汉. 软件学报. 2003(07)
[9]信息完整性保护与认证[J]. 郭继斌,徐晓铁,王衍波. 电子工程师. 1999(09)
硕士论文
[1]面向无线通信的认证及密钥协商机制研究[D]. 雷丽婷.西南交通大学 2018
[2]高铁列控系统通信安全研究[D]. 聂瑶平.华东交通大学 2016
[3]高速铁路无线通信系统切换优化方案研究[D]. 吴帆.西南交通大学 2012
本文编号：3654123
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 LTE/LTE-R认证协议研究现状
1.2.2 群组认证协议研究现状
1.3 本文的主要工作
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.4 章节安排
第2章 理论基础
2.1 数论基础
2.1.1 群、域
2.1.2 椭圆曲线
2.1.3 双线性映射
2.1.4 困难问题假设
2.2 认证理论基础
2.2.1 哈希函数
2.2.2 报文鉴别码
2.2.3 数字签名
2.3 密码协议的安全性分析
2.3.1 可证明安全
2.3.2 Pro Verif
2.4 LTE系统简介
2.4.1 LTE网络结构
2.4.2 EPS-AKA协议
2.5 本章小结
第3章 基于混合密码体制的安全增强车地认证方案
3.1 引言
3.2 LTE-R系统模型及安全机制
3.3 基于混合密码体制的安全增强车地认证方案
3.3.1 初始接入认证
3.3.2 重认证
3.3.3 切换认证
3.4 安全性分析
3.4.1 理论分析
3.4.2 Pro Verif分析
3.5 性能比较
3.6 本章小结
第4章 基于无证书聚合签名的群组认证方案
4.1 引言
4.2 新型的LTE-R系统模型
4.3 形式化定义与安全模型
4.3.1 无证书聚合签名的形式化定义
4.3.2 无证书聚合签名的安全模型
4.4 基于无证书聚合签名的群组认证方案
4.4.1 系统注册和初始化
4.4.2 初始接入认证
4.4.3 切换认证
4.5 安全性分析
4.5.1 正确性推导
4.5.2 不可伪造性证明
4.5.3 Pro Verif分析
4.5.4 其他安全特性分析
4.6 性能比较
4.6.1 无证书聚合签名算法性能对比
4.6.2 认证协议性能对比
4.7 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文专利及参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线漫游认证中可证安全的无证书聚合签名方案[J]. 许芷岩,吴黎兵,李莉,何德彪. 通信学报. 2017(07)
[2]一种新型的LTE-A网络切换认证协议[J]. 陈昕,宋亚鹏,刘志强. 电子学报. 2017(02)
[3]无线网络中基于无证书聚合签名的高效匿名漫游认证方案[J]. 刘丹,石润华,张顺,仲红. 通信学报. 2016(07)
[4]一种高效安全的EPS AKA协议[J]. 白媛,王倩,贾其兰,张会兵. 北京邮电大学学报. 2015(S1)
[5]安全的无证书聚合签名方案[J]. 陈虎,魏仕民,朱昌杰,杨忆. 软件学报. 2015(05)
[6]铁路下一代移动通信系统（LTE-R）技术指标体系研究[J]. 李莉. 铁路通信信号工程技术. 2013(S1)
[7]基于ProVerif的安全协议形式化分析与验证[J]. 汪卫. 计算机安全. 2011(10)
[8]安全协议的设计与逻辑分析[J]. 卿斯汉. 软件学报. 2003(07)
[9]信息完整性保护与认证[J]. 郭继斌,徐晓铁,王衍波. 电子工程师. 1999(09)
硕士论文
[1]面向无线通信的认证及密钥协商机制研究[D]. 雷丽婷.西南交通大学 2018
[2]高铁列控系统通信安全研究[D]. 聂瑶平.华东交通大学 2016
[3]高速铁路无线通信系统切换优化方案研究[D]. 吴帆.西南交通大学 2012
本文编号：3654123
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