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VANET 中一种可撤销的车辆群组批认证方法

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中国科学：信息科学 2013年第10期43卷 1307-1325页

作者：王良民李晓君仲红安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室合肥230601 江苏大学物联网工程系镇江212013 中北大学朔州校区朔州036000

针对车辆认证的效率瓶颈问题,本文提出了一个群组安全通信方案.该方案运用批认证的方法来加快群组中车辆的认证速度,而在群组的构建过程中,采用无证书的公钥密码体制来克服密钥托管问题;对于群组中不合法车辆的撤销问题,采用布隆过滤器... 详细信息

针对车辆认证的效率瓶颈问题,本文提出了一个群组安全通信方案.该方案运用批认证的方法来加快群组中车辆的认证速度,而在群组的构建过程中,采用无证书的公钥密码体制来克服密钥托管问题;对于群组中不合法车辆的撤销问题,采用布隆过滤器快速、低存储的特性来对撤销的车辆信息进行公布,避免以往使用撤销链表时所需的巨大存储开销和认证时延.仿真发现所设计的方案在计算时延和传输开销方面都优于现存方案.

关键词：车载自组网批认证可撤销性群组通信布隆过滤器

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命名数据网络中快速批认证机制研究

命名数据网络中快速批认证机制研究

作者：王爽西安电子科技大学

学位级别：硕士

命名数据网络（named data network，NDN）以数据为中心，旨在替换当前以主机为中心的IP架构，克服地址枯竭以及提高网络的通信性能，近年来越来越受到关注。在NDN网络中，用户可以从附近缓存信息的路由节点获得信息副本。尽管这种方式... 详细信息

命名数据网络（named data network，NDN）以数据为中心，旨在替换当前以主机为中心的IP架构，克服地址枯竭以及提高网络的通信性能，近年来越来越受到关注。在NDN网络中，用户可以从附近缓存信息的路由节点获得信息副本。尽管这种方式可以避免从数据源处获得所需信息，但是这种非端到端的通信模式会面临消息可靠性问题。本文针对这一安全问题，提出两种安全的轻量消息批认证机制：基于证书的批认证机制和基于无证书的批认证机制。本文设计的快速批认证机制对缓存中的数据进行认证，确保数据的认证性和完整性，防止消息篡改、伪造。基于证书的快速批认证机制，采用基于证书的方法验证用户身份的有效性，结合短签名和批认证技术，允许路由器同时认证多个数据包从而减少认证时间。同时对该机制的安全性和效率进行分析。基于无证书的快速批认证机制，采用无证书公钥密码机制，结合短签名和批认证技术，同样可以解决命名数据网络中的快速认证问题，安全分析和性能分析表明第二种机制也是安全高效的。

关键词：命名数据网络短签名批认证

车载自组织网络下的身份认证与群密钥管理方案研究

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车载自组织网络下的身份认证与群密钥管理方案研究

作者：董斌海杭州电子科技大学

学位级别：硕士

物联网与5G通信技术的快速发展打破了信息壁垒,为建设未来智慧城市带来了无限可能,各个国家所出台的各项与智慧城市相关的政策,正在逐步提高人们的生活质量。在交通方面,车流量剧增所导致的各种交通事故使得人们的生命财产安全面临巨大... 详细信息

物联网与5G通信技术的快速发展打破了信息壁垒,为建设未来智慧城市带来了无限可能,各个国家所出台的各项与智慧城市相关的政策,正在逐步提高人们的生活质量。在交通方面,车流量剧增所导致的各种交通事故使得人们的生命财产安全面临巨大的威胁。VANET作为未来智慧城市建设中的重要一环,通过车辆之间的信息互通,实现交通事件、路况变化等各类道路信息及时共享,以此提高道路行车安全。但是VANET自身极易遭受来自各方面的安全威胁,因此需要设计一个安全高效的认证方案,避免恶意用户进入网络,抵御各类安全攻击。本文在车载自组织网络的组成结构与体系结构的基础上,根据VANET的各类安全需求,提出了一种高效安全的身份认证与群密钥管理方案。该方案主要包含以下几点贡献:1)保证通信安全,车辆与路边单元进行通信前,需要互相认证其是否具备由可信中心颁发的身份证书,防止未经认证的设备进入网络,对网络安全性造成威胁;2)确保用户隐私,车辆在通信过程中发送的所有信息均进行匿名化,用户可以在本地对涉及自身安全的信息进行匿名处理,避免中心化设备集中管理假名带来的弊端;3)提高认证效率,通过双线性映射的性质实现认证过程中的批量消息验证,对比现有方案可以更大程度降低车辆数量对验证速度的影响;4)动态群密钥管理,车辆在进入或离开区域时的动态群密钥管理方案,能够保证车辆之间安全通信的前提下提高通信效率,也适应了VANET频繁变化的网络拓扑结构。从形式化验证与非形式化验证两个方面说明了该方案的安全性,通过归约与随机预言模型进行形式化验证,并结合VANET的安全需求进行非形式化验证,说明该方案符合VANET的安全需求,能够抵御安全攻击。此外,在通信效率与通信成本上,通过与其他三个方案的实验对比,表明该方案在批验证上耗时更少的要求下能够维持较低的通信成本,具备通信效率高、通信成本低等特性,与VANET的短程通信性质具备良好的适配性。

关键词：车载自组织网络双线性映射群密钥管理身份认证批认证

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车载自组网中可证明安全的无证书认证方案

电子与信息学报 2020年第12期42卷 2873-2881页

作者：曾萍郭瑞芳马英杰高原赵耿北京电子科技学院北京100070 西安电子科技大学西安710000

认证协议的设计是目前车载自组网(VANET)安全领域的研究热点。现有的认证方案中普遍存在密钥托管带来的安全问题,以及使用计算量大的双线性对导致认证效率很低。针对以上问题,该文提出可证明安全的无证书批认证方案,方案中车辆的密钥由... 详细信息

认证协议的设计是目前车载自组网(VANET)安全领域的研究热点。现有的认证方案中普遍存在密钥托管带来的安全问题,以及使用计算量大的双线性对导致认证效率很低。针对以上问题,该文提出可证明安全的无证书批认证方案,方案中车辆的密钥由车辆自身和一个密钥生成中心共同生成,解决密钥需要托管给第三方维护的问题;方案的签名构造不使用计算量大的对运算,减少了计算开销;引入批认证来减少路边设施的认证负担,提高认证效率。基于求解椭圆曲线上的离散对数问题的困难性假设,在随机预言机模型中证明了该方案可以抵抗自适应选择消息和身份攻击,从而抵抗更改攻击和假冒攻击,并具有匿名性、可追踪性等特点。与现有方案相比,该方案实现了更高效的认证。

关键词：认证无证书批认证可证明安全的匿名性

车载自组织网络安全认证与隐私保护的研究和实现

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车载自组织网络安全认证与隐私保护的研究和实现

作者：张磊安徽大学

学位级别：硕士

理论研究与工业技术不断进步,在不远的将来车载自组织网络(VANET)必将应用到人们的现实生活场景中,为人类的生活带来翻天覆地的变化。通过大范围的部署和实施车载自组织网,可以有效的提高通行效率,为驾乘人员提供更好的驾乘体验,包括娱... 详细信息

理论研究与工业技术不断进步,在不远的将来车载自组织网络(VANET)必将应用到人们的现实生活场景中,为人类的生活带来翻天覆地的变化。通过大范围的部署和实施车载自组织网,可以有效的提高通行效率,为驾乘人员提供更好的驾乘体验,包括娱乐,安全,舒适等方面,能够减少交通事故的发生率,保障人们的生命安全,也避免不必要的经济损失。但车载自组织网络也面临着多样的威胁与攻击,例如拒绝服务攻击,广播干预等对消息可用性的威胁。伪装攻击、重放攻击和消息篡改、位置欺骗等对消息真实性的威胁。车载自组织网络因为其节点间频繁的进行消息交换,并且该交换过程都是在无线环境中进行的,因此其消息保密性的威胁极大。面对如此多样的威胁,必须要确保消息认证性和完整性,因为通信过程中“生死攸关的消息”不能被修改;消息保密性也十分重要,类似于访问控制,确保不同用户安全地获得其对应的消息;在尽全力保护用户隐私的同时还需要在当消息陷入争议时进行追溯,即实施有条件的隐私保护;实时高效性是必须得到保障的,确保系统功能有效发挥。相比于物联网,车载自组织网具有一些独特的网络特性。如特殊的通信环境、高速的拓扑变化结构、通信隐蔽性差、移动节点的规律性变化等特点。在通信过程中又要求通过共享消息来优化车辆交通系统,如果这样的通信环境不提供特殊保护机制,就无法有效的保护用户的隐私。所以,我们需要为车载自组织网络量身定做,设计适合于车载自组织网的安全认证与隐私保护的方案,来保护用户的安全与隐私。所以车载自组织网络中的安全认证与隐私保护的研究和实现具有十分重要的现实意义。本文针对车载自组织网络的实际研究和发展现状,在车载自组织网络的安全认证与隐私保护方面做了理论研究和实践探索,主要工作如下：1.整理总结了车载自组织络中存在的安全问题,以及系统需要实现的安全目标。系统地回顾和总结了已有安全认证与隐私保护的解决方法,并得出结论,整合利用现有方案可以获得更好的解决方案。2.本文在分析已有车载自组织网络安全认证与隐私保护方案的基础上提出了改进方案,一种车联网环境下基于身份的高效匿名批认证方案,用于解决车载自组织网络中的安全认证与隐私保护问题。并与已有方案进行了对比分析,进行了安全性证明以及效率分析与对比。3.本文基于车载自组织网络,开发出了一种基于IBV的车联网系统。该系统是车载自组织网络实际应用场景的一个具体实例,可用于车辆管理与通信。同时该系统还具备安全认证与隐私保护的特性,能够解决当下车联网应用系统中缺乏安全考虑的问题,有利于实际应用和推广

关键词：车载自组织网络安全隐私保护基于身份的签名批认证车联网系统

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VANETs中安全认证与隐私保护的研究

VANETs中安全认证与隐私保护的研究

作者：刘亚伟安徽大学

学位级别：硕士

随着现代社会车辆的普及,停车困难、交通堵塞、交通事故等一系列交通问题频繁发生。由此,交通管理,安全驾驶和交通信息交换问题引起了越来越多的关注。车载自组织网络(Vehicle Ad-hoc Networks,VANETs)作为智能交通系统的重要组成部分... 详细信息

随着现代社会车辆的普及,停车困难、交通堵塞、交通事故等一系列交通问题频繁发生。由此,交通管理,安全驾驶和交通信息交换问题引起了越来越多的关注。车载自组织网络(Vehicle Ad-hoc Networks,VANETs)作为智能交通系统的重要组成部分被认为是解决或缓解现有交通问题的关键。然而VANETs对于现有交通系统来说是一把双刃剑,其在为人们提供便利的同时,也带来诸多挑战。其中,安全与隐私是VANETs能否迅速发展并走入大规模应用的关键性问题。本研究主要关注VANETs中的安全认证与隐私保护问题,在对现有VANETs中的安全认证技术和隐私保护技术进行总结分析的基础上,设计出适应于VANETs环境特点且满足安全需求的高效解决方案。本文的主要工作及贡献如下:1.提出VANETs中一种高效的匿名批认证协议,缓解了现有方案中高计算开销和高通信开销引起的系统性能问题。本文结合批认证和消息可恢复签名提出一种高效的认证方案,与现有方案不同,本文方案可以使用批认证操作同时认证多条消息。因此,本文方案可以显著的缩短总体认证时间。同时由于消息可恢复签名的使用,所以可以在一定程度上降低传输开销。在安全性证明部分,除了对常见攻击模型抵抗的分析,如伪装攻击、合谋攻击等。我们还在随机预言模型下证明了本文方案中消息的不可伪造性。最后在理论分析和实验仿真部分,通过与现有方案对比,展示了本文方案在计算开销和通信开销上的优势,更加具有实用性。2.针对现有VANETs中Mix-zone方案灵活性低以及隐私保护力度不够的问题,提出了一种交通自适应的动态Mix-zone方案来保护VANETs中车辆用户的位置隐私。本文提出一种新的交通自适应度量方法来评估Mix-zone,并且该度量方法可用于找出最佳Mix-zone。在此基础上,本文根据道路网络的无向带权连通图提出一种动态Mix-zone创建方案,该方案允许VANETs系统在车辆请求更换假名时为车辆动态的创建Mix-zone。最后在性能评估部分,我们使用城市出租车的GPS数据来产生车辆的移动轨迹,并对应到真实的城市道路网络中。通过真实车辆移动轨迹数据集进行实验,展示了本文方案在真实环境下对车辆位置隐私保护的性能。

关键词：车载自组织网络安全认证隐私保护位置隐私批认证

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车载自组网中可证明安全的认证方案研究

车载自组网中可证明安全的认证方案研究

作者：郭瑞芳西安电子科技大学

学位级别：硕士

在无线通信技术不断发展的今天,车载自组织网络（Vehicle Ad Hoc Networks,VANETs）凭借其智能、便捷的通信方式已经受到汽车行业、通信行业等各个领域的关注。然而,在享受VANETs提供的各种智能服务的同时,VANETs也面临着诸多安全威胁... 详细信息

在无线通信技术不断发展的今天,车载自组织网络（Vehicle Ad Hoc Networks,VANETs）凭借其智能、便捷的通信方式已经受到汽车行业、通信行业等各个领域的关注。然而,在享受VANETs提供的各种智能服务的同时,VANETs也面临着诸多安全威胁。例如,攻击者或未经认证的不合法实体可以通过控制通信链路,从而更改、删除和重放实体间传输的消息,如果消息接收方对这些错误消息进行处理并给予响应,消息接收方就会被这些错误消息误导。另外,攻击者也可以通过追踪VANETs中车辆的广播消息和位置信息,从而分析、计算出车辆的真实身份,故需要对车辆的真实身份进行匿名化保护;同时,恶意实体的真实身份必须能被追溯并揭露。身份验证是一种保护VANETs免受网络中恶意实体攻击的机制,通过在授予车辆访问网络的能力之前验证其身份的合法性来防止不合法的车辆进入VANETs,被认为是防范VANETs遭受攻击的第一道防线;消息认证可以区分虚假消息和真实消息,从而防止虚假消息传达的内容对网络中其他实体的误导。因此,研究安全且具有隐私保护的认证方案对确保VANETs中的安全通信具有很好的理论价值。本文在研究现有VANETs中认证机制的基础上,提出了两个VANETs中的认证方案,在满足VANETs中安全和隐私要求的同时实现高效的认证。主要研究内容有:（1）提出了一个VANETs中不使用双线性对的基于身份的签名批认证方案（Identity-based Pairing-free Signature Batch Authentication Scheme,ID-based PSBA）。方案中车辆的防篡改设备（Tamper-Proof Device,TPD）里预先不装载系统主密钥,减弱了系统安全性对车辆的TPD的依赖;在认证过程中,提出批认证算法来提高认证效率,并结合批认证和二分查找算法提出了批认证过程中的无效消息查找算法,减少对有效消息的丢失率。（2）提出了一个VANETs中具有隐私保护的无证书批认证方案（Certificateless Batch Authentication Scheme with Privacy-Preserving,CL-BAP）,既解决了传统基于身份的认证方案中车辆的密钥需要托管给可信第三方的问题,又没有基于公钥密码基础设施（Public Key Infrastructure,PKI）的认证方案中需要额外的公钥证书来确保用户公钥可靠性的证书开销问题;方案的签名构造不使用计算开销大的对运算,减少了通信和计算开销;在随机预言模型（Random Oracle,RO）中证明了该方案中合法用户的身份和签名是不可伪造的。最后,基于椭圆曲线上求解离散对数问题（Discrete Logarithm Problem,DLP）的困难性假设,证明了提出的ID-based PSBA方案和CL-BAP方案在RO模型中可以抵抗自适应选择消息和自适应选择身份攻击,从而可以抵抗假冒攻击和更改攻击。接着,对本文提出的两个方案进行了性能仿真,并与现有的其他方案进行了性能对比。结果表明,本文提出的两个方案在满足VANETs中安全需求的同时,也具有较低的通信开销和计算开销,适用于要求认证时延低、节点计算能力受限的VANETs环境。

关键词：车载自组织网络批认证随机预言模型可证明安全匿名性

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基于椭圆曲线的无线传感网认证技术研究

基于椭圆曲线的无线传感网认证技术研究

作者：常芬安徽大学

学位级别：硕士

在无线传感网中,传感器节点布置在相应的应用领域,用于检测周边环境并发送检测值给Sink。由于传感器节点资源受限、部署环境恶劣而且采用无线多跳通信方式等特点,易受到攻击者攻击,引发严重的敏感信息和节点身份隐私泄露等问题。因此,... 详细信息

在无线传感网中,传感器节点布置在相应的应用领域,用于检测周边环境并发送检测值给Sink。由于传感器节点资源受限、部署环境恶劣而且采用无线多跳通信方式等特点,易受到攻击者攻击,引发严重的敏感信息和节点身份隐私泄露等问题。因此,消息在转发的过程中,消息的完整性及消息源的敏感信息应该受到保护。一方面,消息认证是阻止未经授权和损坏的消息转发的最有效的方法;另一方面,采用匿名通信的方式可以隐藏敏感节点的身份信息,实现节点的位置隐私保护。然而,匿名通信也给攻击者提供了利用匿名技术进行违法活动的机会。因此,追踪恶意节点的身份就显得尤为重要。针对以上无线传感网中存在的安全问题,本文主要从两个方面进行研究:一是对无线传感网中传输的消息提供完整性、不可抵赖性和保密性保护,并且在对节点的身份信息进行隐私保护的同时,进行可追踪恶意节点身份的研究;另一个是为了提高认证效率进行的无线传感网中基于椭圆曲线的高效批认证的研究。(1)为了解决无线传感网络中的发送节点身份隐私泄露和恶意节点追踪问题。提出了一种基于椭圆曲线的可追踪匿名认证方案,方案采用基于椭圆曲线密码机制的可链接环签名实现节点匿名通信,同时将一些额外的信息附加到环签名中,使其必要时可通过环中所有节点的协作追踪签名者的真实身份,用以解决无线传感网中的发送节点身份隐私泄露和恶意节点追踪问题。针对现有的一些方案存在的中间节点不能进行消息认证,只能转发消息直到消息最终被接收节点认证的不足,方案采用逐跳认证实现中间节点认证,并且利用环签名的可链接特性,实现对恶意节点的可追踪性。经过理论分析,提出的基于椭圆曲线的可追踪匿名认证方案可实现节点匿名通信,提供中间节点的认证。而且与对比方案比较显示,在签名产生和认证开销相当的情况下,利用环签名的可链接特性实现对恶意节点的可追踪性,从而提高了性能和网络的安全性。(2)为了提高认证效率及保护节点和感知对象的隐私,提出了无线传感网中基于椭圆曲线的高效批认证方案。方案采用椭圆曲线技术进行签名,无需使用双线性对的前提下实现批认证,若批认证未通过,可采用二分搜索技术对消息进行递归认证,消息的传输过程中不会暴露节点的身份信息,而且可以对可疑节点进行身份追踪。通过理论分析和仿真结果表明,该方案保证消息的可认证性、完整性和不可否认性,并且在时间开销、存储开销、消息的交付率以及消息传输时延等方面都具有优势。而且与其他方案相比,具有较高的安全性和较好的性能。

关键词：无线传感网公钥密码体制匿名认证可追踪环签名批认证

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车联网环境下信息认证方案的研究与设计

车联网环境下信息认证方案的研究与设计

作者：仝宇琪西安电子科技大学

学位级别：硕士

在万物互联的时代,车联网为交通安全和管理提供了有力支持,已成为智慧城市的重要标志。但随着车联网的快速发展,其安全问题也日益突出,由于车辆与附近车辆及路边基础设施的通信数据中往往含有车辆搜集的路况信息及用户隐私数据,为了避... 详细信息

在万物互联的时代,车联网为交通安全和管理提供了有力支持,已成为智慧城市的重要标志。但随着车联网的快速发展,其安全问题也日益突出,由于车辆与附近车辆及路边基础设施的通信数据中往往含有车辆搜集的路况信息及用户隐私数据,为了避免攻击者窃取、纂改通信敏感数据,车辆通信过程需要安全的信息认证。传统的车联网信息认证方案大多是以密钥安全存储为前提,以提高系统健壮性为目标,并未对车辆密钥泄露问题进行重点考虑。但在现实场景,车联网的开放性和车辆实时通信的频繁性使车辆密钥泄露问题难以避免。由于在解决密钥泄露问题上,密钥隔离技术在复杂度和安全性上有很好的折衷,所以适用于对安全性能要求高但计算能力有限的车联网系统。该论文致力于研究实时通信场景下的车联网信息认证方案,主要成果如下:第一,提出了一种基于SM9算法的密钥隔离认证方案,解决车联网车辆与基础设施(V2I)通信时存在的密钥泄露问题。首先,由可信机构产生密钥更新消息,协助车辆阶段性更新密钥,使得即使在某一阶段车辆密钥发生泄露,也不会影响其它阶段系统的安全性,降低密钥泄露的带来的风险。其次,方案首次将国密SM9算法和密钥隔离思想结合,探索SM9算法在现实场景的应用,响应了目前我国正在大力推广自主可控的国产密码算法的政策。最后,在随机预言模型下证明了该方案的安全性,且与其它现有方案对比,该方案在现实场景的计算开销更少,性能更好。第二,基于群签名,对上述方案进行改进,提出了一种基于SM9算法的密钥隔离群签名认证方案,不仅可以解决车联网中车辆与车辆(V2V)通信场景中密钥泄露问题,还可解决车辆身份隐私问题以及车载单元计算能力有限带来的验证效率问题。首先,通过引入防篡改设备协助车辆进行密钥演化,不仅可实现密钥隔离安全性且相比于上述方案可以有效分担可信机构的管理负担。其次,建立以路侧单元为管理员的群组,利用群签名实现通信消息的不可链接性,确保恶意车辆无法判定消息来源,更好的保护了车辆隐私。同时,采用批认证提高验证效率,保证了在交通拥挤的路段中计算能力有限的车载单元依旧能高效验证消息。最后,对方案进行了安全性分析和性能分析,表明该方案在实现密钥隔离安全的同时具有不可伪造性、匿名性、可追踪性等安全特性,且该方案相比其它同类型方案在性能方面也具有明显优势。

关键词：车联网信息认证密钥隔离群签名批认证 SM9算法