车载自组织网络安全通信协议研究

发布时间：2017-04-12 13:02

  本文关键词：车载自组织网络安全通信协议研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着通信技术的快速发展,作为新一代智能交通系统技术的车路协同受到越来越多的关注。毋庸置疑,车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Networks,VANET,简称车载网)是未来车路协同技术的基础。车载网可以为车与车之间、车与路边设施之间创建一个通信平台,为人们提供一个安全舒适的驾驶环境,它将为道路交通带来革命性的变化。然而,由于无线网络通信自身的脆弱性和开放性,车载网也容易受到攻击,如通信消息的窃听。因此,车载网的部署和实施必须满足消息机密性等安全需求。同时由于车载网网络拓扑结构变化快等特点,当前移动自组织网络的安全通信协议不能适用于车载网。因此,为了车载网的安全运行,需要为其设计专门的安全通信方案。本文根据国内外学者的研究,针对车载网面临的攻击和安全性需求,提出一种轻量级可扩展的安全通信方案。本文主要工作概括如下:(1)分析国内外学者研究成果,在此基础上提出一种轻量级可扩展车载网安全通信方案。该方案将车载网通信分为节点身份认证和节点通信。同时根据对称和非对称密码算法的特点,将非对称密码算法用于节点身份认证,以保证节点的合法性,将轻量级对称密码算法用于节点通信,同时采用群中通信的方式,实现通信的可扩展性,旨在保证通信安全性的同时,提高通信的效率。(2)针对当前认证方案中需要可信中心参与以及认证次数频繁问题,本文提出一种无可信中心的匿名认证协议,通过地理区域以及随机认证参数实现车辆与路边单元的相互认证,无需可信中心的参与,减少了认证的开销。同时,提出路边单元以可否认协商密钥的方式构建群,希望通过群密钥传递,减少车辆认证的步骤,以提高认证效率。最后从可行性、安全性和认证性能3个方面对该协议进行分析,结果显示该方案是可行的,能够满足车辆与路边单元的认证性等安全需求,同时具有较小的认证时延。(3)针对当前通信方案中节点通信不具有可扩展性以及不同场景下的通信需求,本文提出一种群密钥协商通信协议。该协议中,通过路边单元广播群内节点的假名及随机密钥参数,使群内节点间可以直接进行通信,无需密钥协商,节点通信开销不会随着群内节点数的增加而增加,具有可扩展性。同时,根据场景的需要,设计了面向群内广播通信、群内车辆一对一通信、群内车辆与RSU通信3个安全通信协议。最后对其安全性和性能进行了分析,结果显示该协议能够满足车载网通信的安全需求。同时使用NS2对协议进行仿真,结果显示该方案在通信开销和平均时延方面优于其他方案。
【关键词】：车路协同技术 车载自组织网络 安全通信方案 无可信中心 身份认证 群密钥协商
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.67;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 一、绪论10-15
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文工作及文章结构13-15
• 二、预备知识15-24
• 2.1 相关数学知识15-16
• 2.1.1 双线性对映射15
• 2.1.2 数论中的难解问题15-16
• 2.2 相关密码学知识16-23
• 2.2.1 加密密码体制16-18
• 2.2.2 ZUC对称密码算法18-20
• 2.2.3 RSA非对称密码算法20-21
• 2.2.4 哈希消息认证码（HMAC）21
• 2.2.5 可否认群密钥协商协议21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 三、VANET轻量级可扩展安全通信方案24-35
• 3.1 VANET概述24-31
• 3.1.1 VANET网络架构24-26
• 3.1.2 VANET特点26-27
• 3.1.3 VANET安全隐私威胁27-31
• 3.2 VANET轻量级可扩展安全通信方案31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 四、车载网中无可信中心的匿名认证协议35-49
• 4.1 引言35
• 4.2 无可信中心的匿名认证协议35-39
• 4.2.1 RSU以可否认密钥协商的方式建群36-37
• 4.2.2 RSU和车辆双向认证37-39
• 4.3 协议可行性分析39-41
• 4.4 协议安全性分析41-47
• 4.4.1 密码算法安全性分析41-45
• 4.4.2 认证协议安全性分析45-47
• 4.5 协议性能分析47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 五、车载网群密钥协商通信协议49-64
• 5.1 引言49
• 5.2 群密钥协商安全通信协议49-54
• 5.3 协议安全性分析54-59
• 5.3.1 密码算法安全性分析54
• 5.3.2 通信协议安全性分析54-59
• 5.4 协议性能分析59-63
• 5.4.1 仿真场景及参数59-60
• 5.4.2 通信开销60-61
• 5.4.3 平均时延61-63
• 5.5 通信方案安全性分析63
• 5.6 本章小结63-64
• 六、总结与展望64-66
• 6.1 工作总结64-65
• 6.2 未来展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-72
• 附录：攻读硕士期间发表论文及科研情况72

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