基于广播通信信道的轻量级车辆轨迹安全验证方案

作     者：宁志强 汪媛媛 张驰 魏凌波 俞能海 HAO Yue NING Zhiqiang;WANG Yuanyuan;ZHANG Chi;WEI Lingbo;YU Nenghai;HAO Yue

作者机构：中国科学技术大学网络空间安全学院安徽合肥230001 San Francisco State UniversityDepartment of Computer ScienceHoughtonSan FranciscoCA 94132 

出 版 物：《网络与信息安全学报》 (Chinese Journal of Network and Information Security)

年 卷 期：2023年第9卷第5期

页      面：71-81页

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(61871362 U19B2023) 

主　　题：时间戳 多普勒效应 车辆轨迹 安全验证 

摘      要：在智慧交通系统中,智能汽车需要实时广播车辆轨迹消息来协调驾驶决策,保证行车安全。然而,攻击者可以通过修改消息的发送时间戳或操纵信号发射的载波频率伪造车辆轨迹。针对该问题,提出了一种轻量级车辆轨迹验证方案。无须任何特殊硬件支持,基于同一广播通信信道完成对车辆轨迹的安全验证;无须时间同步,每个验证点计算消息接收时间与发送时间戳的时间间隔,通过联立两两验证点的时间间隔所形成的空间位置约束方程,达到了抗时间戳伪造攻击的防御效果;每个验证点计算消息到达频率和预定发射频率的多普勒频移,通过联立两两验证点的频移所形成的速度矢量约束方程,实现了抗载波频率操纵攻击的安全目的。通过形式化分析,表明增加验证点的数目可以提高车辆轨迹验证的准确率。最后,真实环境中的实验结果表明,当验证点数量设定为3个时,方案展现出了最佳的性能。与现有方案相比,在分别验证真实车辆轨迹和虚假车辆轨迹时,方案具有更高的正确率,更低的错误拒绝率和错误接受率。