[發明專利]一種高效假名管理和數據完整性保護協議

有效

• 申請號: 201710001616.4
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN107040516B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 萬長勝;李靜;韓民楊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/06;H04W12/02;H04W12/03;H04W12/041;H04W12/0431;H04W12/106;H04W12/121;H04W84/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 梁耀文

本發明公開了一種高效假名管理和數據完整性保護協議，包括可信機構，車輛和路邊基礎設施三種實體，可信機構生成密鑰材料并將對應的密鑰材料分別傳送給車輛和路邊基礎設施。車輛得到可信機構分發的密鑰和公共參數后，需要對待發送的消息使用簽名算法生成簽名后發送給路邊基礎設施。路邊基礎設施收到消息后需要使用簽名算法驗證消息。最后可信機構可以通過監視假名傳輸路徑來追蹤車輛，最終獲取車輛真實身份和位置信息。本發明既能夠保障高效率拼車并節省貨主的運輸費用，又可以提高司機的裝載率。

技術領域

本發明屬于物聯網安全技術領域，特別涉及一種適用于VANET使用布隆過濾器、K-匿名和哈希鏈技術來實現高效假名管理和數據完整性保護協議。

背景技術

在智能交通系統中，車載自組織網絡(VANET,Vehicular Ad Hoc Networks)技術在車輛緊急事故預警、交通擁塞管理等方面的應用是典型的物聯網領域場景。為了保證車輛和路邊基礎設施(Road-Side Unit,RSU)之間的通信安全，提供位置隱私和完整性保護，簡化部署公鑰基礎設施(PKI)和對稱密鑰基礎設施，適用于VANET的安全方案通常使用基于身份的加密技術來進行密鑰管理。

無論技術如何實現，一個典型的基于身份的完整性保護協議都包括三個部分：可信機構(TA)、車輛和路邊基礎設施(RSU)。在實際操作中，這三個實體包含在四個階段中：初始化階段、注冊階段、數據完整性保護階段、追蹤階段。在初始化階段，可信機構為車輛和路邊基礎設施生成對應的密鑰材料；在注冊階段，可信機構將密鑰材料分發給車輛和路邊基礎設施；在數據完整性保護階段，車輛對消息簽名并傳送給路邊基礎設施；在追蹤階段，可信機購追蹤車輛并獲得其位置信息。在整個過程中，需要保證傳輸的數據不能被干擾或破壞，否則，系統可能做出錯誤指示導致交通事故。

然而,目前基于身份的數據傳輸協議為了防止惡意攻擊者跟蹤車輛，通常使用假名來代替車輛的真實身份傳輸，這就造成了復雜的假名管理和較高的計算成本,并導致高延遲。因此適用于VANET的高效安全協議應該避免耗時的加密操作從而降低消息傳輸時間。

因此，一個適用于VANET的高效的假名管理和數據完整性保護協議應當滿足下面的要求：(1)完整性。確保車輛傳輸的消息不能被攻擊者篡改。(2)位置隱私保護。確保車輛傳輸數據給路邊基礎設施時，個人隱私不會泄露給攻擊者。(3)低耗時。車輛和路邊基礎設施通信時需避免耗時的加密算法并盡可能降低消息傳輸長度。

顯然，車輛和路邊基礎設施之間的總的通信時間很短，設計一個適用于VANET的高效的假名管理和數據完整性保護協議就顯得尤為重要。當前基于身份的數據完整性協議方案可以滿足需求(1)和(2)的要求，而(3)在很大程度上被忽視了。此外，在研究當前課題時，我們發現現有的加密原語都不可以直接用于實現上述討論的目標。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種可以降低時間成本，同時滿足安全高效需求的高效假名管理和數據完整性保護協議。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種高效假名管理和數據完整性保護協議，分為四個階段：

(1)初始化階段：可信機構按照一定的規則和方法生成系統公共參數、車輛和路邊基礎設施的密鑰材料及相應的布隆過濾器；

(2)注冊階段：可信機構將步驟一中產生的密鑰材料分別發送給車輛和路邊基礎設施；

(3)數據完整性保護階段：首先檢查路邊基礎設施的身份信息的合法性，然后車輛對消息進行簽名并傳送給路邊基礎設施，最后路邊基礎設施對接收到的簽名過的信息進行完整性驗證并決定是否接收該信息；

(4)追蹤階段：可信機構通過列表查找相關密鑰，并計算假名，通過監視假名在車輛和路邊基礎設施之間的傳輸路徑獲取車輛的位置信息。

進一步的，所述初始化階段中系統公共參數的生成通過算法para←Initpara()來實現，具體步驟如下：