车载自组网中隐私保护关键技术研究

发布时间：2017-04-30 20:13

  本文关键词：车载自组网中隐私保护关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：车载自组网(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)是一种通过车辆与路边基础设施、车辆之间相互通信而形成的移动自组网,该网络可以向驾驶员传递辅助的驾驶信息、互联网接入以及相应的娱乐信息等服务。但是,VANET在提高交通效率、改善乘车环境的同时,也带来了许多的隐私威胁。由于无线网络本身的开放性和脆弱性,VANET很容易遭受攻击和破坏,比如在信息安全中常见的窃听、伪造、篡改、重放攻击、女巫攻击和Dos攻击等。因此车载网必须满足消息的可认证性、完整性以及不可否认性等安全需求,同时,还需要保护用户的身份隐私和行驶轨迹隐私,即所谓的匿名认证。并且在出现有争议的消息时,能够追踪到车辆的真实身份,给予相应的惩罚,所以在匿名认证的基础上又需要实现有条件的匿名认证。以上安全需求表明,VANET需要实现一种有条件的匿名消息认证的安全协议。但是一般的无线网络安全协议并不适用于车载网。与传统的无线网络相比,VANET具有多节点、高移动速度、网络拓扑结构易变、无线信号不稳定、强大的计算能力和巨大的存储空间等特性。所以必须为车载网设计专门的安全协议(如认证速度快、传输开销小等),来保障车载网的正常运行。本文在车载网的隐私保护方面进行了初步的研究和探索,针对分布式情况下不可否认的匿名认证,抵制合谋攻击的批量匿名认证,面向导航服务和数据下载时身份、位置隐私保护三个问题展开研究,主要研究工作如下:1)提出了车载网中一种基于可审隐私的分布式认证方案,该方案使用双哈希链构建假名,用户通过一个授权可以更新多个签名私钥,减轻了权威机构(Trust Authority,TA)和路边单元(Roadside Unit,RSU)的负担;在出现有争议消息时,TA可以根据车辆上传的对该消息的再次签名来区分该签名是否是由RSU伪造,解决了分布式环境下的不可否认性问题。性能评估表明,私钥分发、签名以及验证的计算开销和传输开销均优于已有的研究成果。2)提出了车载网中可抵制合谋攻击的批量认证方案,该方案运用了聚合签名的方法,实现了签名的批量认证;使用基于假名验证的私钥进行签名,能够有效地防止RSU与车辆合谋,伪造签名消息。性能分析结果表明,与b-SPECS+相比,该方案不仅具有b-SPECS+的特点,同时在认证时延方面,该方案认证的消息越多,相对于其他方案耗时越短。3)提出了车载网中基于RSU的安全和隐私保护的数据分片下载服务。该方案通过RSU搜集有用的路况信息,然后根据车辆的匿名导航证书生成导航路径。在车辆的行驶过程中通过导航服务号获取服务,同时根据车辆的行驶路径和时间,预先将文件分段发送到各个RSU,当车辆经过这些RSU时,实现沿途大文件的匿名下载服务。安全性分析表明该方案能够在获取服务的同时不泄露身份和轨迹隐私。
【关键词】：分布式认证 匿名性 可撤销性 不可否认性 合谋抵制 RSU辅助下载 导航 分片下载
【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;U495;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-14
• 1.1.1 VANETs概述11-13
• 1.1.2 安全隐患和安全需求13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 本文的研究内容与安排16-18
• 第2章 基础知识18-24
• 2.1 相关数学知识18-19
• 2.1.1 代数基础18
• 2.1.2 双线性映射18-19
• 2.1.3 数学难题假设19
• 2.2 椭圆曲线密码系统19-21
• 2.3 数字签名21-22
• 2.4 随机预言机模型22-24
• 第3章 一种基于可审隐私的车联网分布式认证方案24-38
• 3.1 引言24-25
• 3.2 系统框架25-27
• 3.2.1 系统模型25-26
• 3.2.2 系统目标26-27
• 3.3 可审隐私的分布式认证方案27-31
• 3.3.1 系统初始化27-28
• 3.3.2 假名和签名私钥更新28-30
• 3.3.3 消息签名30
• 3.3.4 消息认证30
• 3.3.5 车辆真实身份的追踪与撤销30-31
• 3.4 安全性分析31-33
• 3.4.1 消息完整性和认证31
• 3.4.2 消息不可否认性31-32
• 3.4.3 身份隐私保护32-33
• 3.4.4 身份追踪和撤销33
• 3.4.5 后向隐私33
• 3.5 性能评估33-36
• 3.5.1 证书更新开销33-34
• 3.5.2 认证开销34-36
• 3.5.3 身份作废开销36
• 3.6 结束语36-38
• 第4章 车载网中可抵制合谋攻击的批量认证方案38-50
• 4.1 引言38-39
• 4.2 背景知识39-40
• 4.2.1 网络模型39-40
• 4.2.2 双线性对40
• 4.3 基于假名验证公钥的批量认证方案40-44
• 4.3.1 系统初始化40-41
• 4.3.2 初始化握手协议41-42
• 4.3.3 消息签名42-43
• 4.3.4 消息认证43
• 4.3.5 真实身份的追踪和撤销43-44
• 4.4 安全性分析44-47
• 4.4.1 消息完整性和认证44-46
• 4.4.2 身份隐私保护46
• 4.4.3 追踪和撤销46
• 4.4.4 合谋抵制46-47
• 4.5 性能评估47-49
• 4.5.1 认证延时47-48
• 4.5.2 传输开销48-49
• 4.6 总结49-50
• 第5章 车载网中基于RSU的安全和隐私保护的数据分片下载服务50-66
• 5.1 引言50-51
• 5.2 相关工作51-52
• 5.3 问题描述52-54
• 5.3.1 系统模型和假设52-53
• 5.3.2 攻击者模型53
• 5.3.3 安全需求53-54
• 5.4 分片服务方案54-60
• 5.4.1 系统初始化55
• 5.4.2 请求匿名导航证书55-56
• 5.4.3 获取导航路径56-58
• 5.4.4 请求匿名云服务证书58
• 5.4.5 车辆请求云分片服务58-59
• 5.4.6 导航服务和云服务获取59
• 5.4.7 路径拥塞通知和重新请求服务59-60
• 5.4.8 真实身份的追踪60
• 5.5 安全性分析60-63
• 5.5.1 消息完整性和认证60
• 5.5.2 用户匿名性60-61
• 5.5.3 抵抗常见攻击61
• 5.5.4 机密性61-62
• 5.5.5 不可连接性62-63
• 5.5.6 可追踪性63
• 5.6 性能评估63-65
• 5.6.1 计算消耗63-64
• 5.6.2 通信消耗64
• 5.6.3 存储消耗64-65
• 5.7 总结65-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 硕士期间研究成果75

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