车载网络的广播认证关键技术研究

As the core technology of Vehicular Ad Hoc Networks(VANETs), broadcast communication is served as the fundamental mechanism to enhance road safety and improve driving experience. If there is no security protection for broadcast communication, it may not only cause severe damage to transportation systems and financial loss, but also threaten users’ lives. Hence, broadcast authentication has always been the research hotspot of security for VANETs. This project aims at addressing some key and challenging issues on broadcast authentication. Seeking to break through the technical bottlenecks, we will explore the property of VANETs in greater detail, and propose novel ideas and technologies for broadcast authentication. First, a lightweight broadcast authentication mechanism is designed on symmetric cryptography mostly, which could be feasible for Vehicle-to-Vehicle broadcast communication. Second, a working mode of resisting packet losses and an algorithm to predict beacons are proposed, meeting the requirements of practical applications. Finally, an appropriate privacy-preserving scheme is constructed, and then the parallelization of broadcast authentication and privacy protection is investigated. Based on these studies, a secure, efficient and privacy-preserving broadcast authentication protocol is developed for VANETs in our project. This research will provide security and privacy protection for VANETs, and facilitate practical deployment of VANETs and widely-used driverless cars in the near future.

作为车载网络的核心技术，广播通信是增强道路交通安全和提高驾驶舒适性的基础体制。一旦缺乏安全性保护，将给交通系统和用户的财产带来巨大的危害，甚至对用户的生命安全造成威胁。因此，广播认证一直是车载网络安全领域的研究热点。本项目瞄准广播认证的关键和难点问题，拟深入探索车载网络的特性，寻求突破现有技术的瓶颈，提出新的广播认证思想或技术：首先，设计主要基于对称密码方案的轻量级广播认证机制，适用于车载单元与车载单元的广播通信模式；其次，提出抵抗网络丢包的工作模式和预期信标分组的算法，符合实际应用的需求；最后，构建合理的隐私保护机制，挖掘广播认证和隐私保护的并行性。在此研究的基础之上，本项目拟设计适用于车载网络的安全，高效，具有隐私保护的新型广播认证方案。相关的研究将为车载网络提供安全性和隐私性保护，同时，还将对车载网络的实际部署和无人驾驶汽车的广泛应用起到很好的促进作用。

作为一类专门用于道路上的新型网络，车载网络是智能交通系统中实现自动化，信息动态收集以及信息融合的核心技术。本项目深入分析车载网络的应用需求，寻求突破现有技术的瓶颈，旨在为车载网络的实际应用提供安全性保护。本项目提出了轻量级的安全广播认证方案，将用于车载网络的实际部署，该技术可以解决未来交通的拥堵和交通安全等重要问题。本项目的主要研究内容包括了1）研究轻量级的广播认证机制；2）研究符合实际应用需求的安全策略；3）研究隐私保护与广播认证的并行模式。. 本项目的研究结果包括：1）根据哈希函数的特性，设计了基于TESLA方案的轻量级认证机制。2）针对车辆的高速移动，设计了链式结构的验证方法，来抵消丢包影响的工作模式；通过分析车载网络中消息（信标）分组的特性，利用熵的概念，设计了基于信息熵的预期算法。3）引入了假名机制来提供车载网络的隐私性保护；通过设计一种服从泊松分布的假名变换机制，和轻量级认证方案进行有机组合，实现安全性和隐私保护并行的技术方案。4）结合IEEE 1609.2标准，设计了一种新的安全，高效，具有隐私保护的广播认证技术方案. 本项目就车载网络的广播认证的关键问题给出相应的技术解决方案，相关的研究成果能为车载网络的实际应用提供安全性和隐私性保护，同时，还将对车载网络的实际部署和无人驾驶技术的落实起到一定的促进作用。