基于最小可信硬件的车联网安全协议设计

发布时间：2017-04-20 09:04

  本文关键词：基于最小可信硬件的车联网安全协议设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：车载ad hoc网络(Vehicular Ad hoc NETwork, VANET),又称车联网,是一种新兴的网络技术,也是物联网这种新概念的一种具体应用。借助于车联网的信息传递功能,车载智能系统可以实时获取道路交通信息和邻近车辆运行参数,从而为驾驶者提供丰富的智能交通服务,如避免追尾事故、回避交通拥堵、寻找附近停车场所等。车联网的发展和推广,有助于提高交通效率,避免交通事故,降低环境污染,以及为驾驶者提供更好的驾驶体验。从网络结构上说,车联网可以视为一种移动ad hoc网络(Mobile Ad hoc NETwork, MANET),然而它又具有大量与普通移动ad hoc不同的特征。现有的车联网技术,多基于网络通信的稳定性和效率层面,而安全相关的技术则相对滞后。直接从移动ad hoc或者其他环境移植过来的安全协议并不能适应车联网的环境要求,现有的车联网需要使用一种全新的安全协议解决方案。因此,有必要对在这方面进行研究。本文回顾并分析了现有的车联网安全问题以及可信硬件的现状,提出了一种最小化的可信硬件方案,以及将几种在车联网环境中使用这种最小化可信硬件的安全通信协议。本文所做的工作如下：1.本文提出了一种最小化的可信硬件设计方案：可信计数器附件(Trusted Counter Add-on, TCA)。在多用户的ad hoc网络中,用户有动机对其他用户进行欺骗,以获取更多的利益,例如获取更多的网络资源,而拒绝为其他用户提供服务。可信硬件技术可以限制用户的行为,避免用户自己恶意篡改自己系统的信息。然而,当前的可信硬件普遍需要原有系统在硬件层面的支持,从而影响了在现有系统中添加可信硬件的可行性。为了使可信硬件在现有系统中具备实用性,我们提出,可以设计出一种最小化的、外接式的可信硬件,在不改变原有系统的情况下接入系统,为通信协议提供安全保护。为了适应这种最小化的可信硬件的功能限制,本文注意到了通信协议中的单调递增变量的重要性,以及围绕协议中的单调递增变量将可信计数器引入安全通信协议的思路。然而,现有的基于TPM通用架构的可信计数器硬件的功能极为有限。同时,TPM硬件需要支持大量与系统状态相关的操作,导致基于TPM的可信计数器性能较低而结构过于复杂,影响批量生产和应用。为了满足通信中对于可信硬件的需求,本文提出了一种专用的外接式可信硬件方案TCA。2.基于TCA的设计,本文提出和改进了一些车联网中的安全协议。在现有的安全协议中,解决用户欺骗问题的方法主要是多点协同检测,然而这种方法不适应车联网的中不断变化的网络环境,在车联网中效率低下。在车载系统中加入TCA以后,即可以在不改变车载系统硬件的前提下引入一个本地的监督者,从而防止用户的欺骗行为。
【关键词】：车联网(VANET) 可信硬件 安全协议
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U495;TN915.04
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号说明12-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 选题的背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究和发展现状15-20
• 1.2.1 车联网中的安全问题研究现状15
• 1.2.2 现有的可信硬件技术15-19
• 1.2.3 可信硬件技术在车联网中的应用现状19-20
• 1.3 本文的研究内容20
• 1.4 本文的结构安排20-23
• 第2章 车联网的安全问题23-31
• 2.1 车联网的系统模型23-24
• 2.2 车联网的中安全问题的难点24-25
• 2.3 车联网的网络环境25-26
• 2.4 车联网中的安全环境假设26-27
• 2.5 在车联网中使用可信硬件的新思路27-29
• 2.6 小结29-31
• 第3章 最小化的可信计数器硬件TCA的设计和实现31-45
• 3.1 TCA的基本模型31-32
• 3.2 TCA的结构32-36
• 3.2.1 TCA的运算模块33-34
• 3.2.2 TCA的存储模块34-36
• 3.3 TCA的核心API36-39
• 3.3.1 CreateCounter()和FreeCounter(i)36-37
• 3.3.2 GenerateKeyPair(i)37
• 3.3.3 GetCert(i)37-38
• 3.3.4 Attest(i,c',h)38-39
• 3.4 TCA的基本使用方法39-40
• 3.5 TCA的安全性扩展方案：TCA+40-43
• 3.5.1 TCA+的存储模块40-41
• 3.5.2 CreateCounter(Ti)41
• 3.5.3 GetCert(i)41
• 3.5.4 TCA+的基本使用方法41-42
• 3.5.5 TCA+签名算法的选择42-43
• 3.6 小结43-45
• 第4章 基于TCA的车联网安全协议设计45-55
• 4.1 安全的紧急警告信息中继协议45-51
• 4.1.1 安全环境和需求分析45-47
• 4.1.2 基于TCA的EWM中继协议设计47-50
• 4.1.3 基于TCA的EWM中继协议安全性分析50-51
• 4.2 通过RSU获取因特网服务时的收费问题51-54
• 4.2.1 对于环境、现有方案和需求的分析51
• 4.2.2 基于TCA的因特网访问计费方案设计51-53
• 4.2.3 基于TCA的因特网访问计费方案安全性分析53-54
• 4.3 小结54-55
• 第5章 TCA的效率分析和协议效果仿真55-67
• 5.1 可信硬件的仿真实验方案55-57
• 5.2 TCA的运算开销分析57-59
• 5.2.1 TCA的单次运算时间58
• 5.2.2 TCA在协议中的使用开销58-59
• 5.3 TCA在EWM中继协议中的效率仿真59-65
• 5.3.1 实验设计59-60
• 5.3.2 实验工具和环境60-62
• 5.3.3 实验参数设定62-63
• 5.3.4 实验数据及分析63-65
• 5.4 小结65-67
• 第6章 总结和展望67-69
• 6.1 论文工作总结67-68
• 6.2 未来工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果75

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本文编号：318319