[發明專利]車載自組織網絡中基于交通流模型的虛假消息檢測方法

有效

• 申請號: 201810106250.1
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108400973B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 劉伎昭;劉衛光;張俊寶;倪亮;楊昌霖
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L29/08;H04W4/40;H04W12/12;G06F17/18
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真;栗改

本發明提出一種車載自組織網絡中基于交通流模型的虛假消息檢測方法，針對網絡內部攻擊者發送虛假告警消息、偽造緊急交通事件而發起的攻擊，利用上、下游路段中的車輛作為驗證者，基于車載傳感器觀測局部車輛密度，建立貝葉斯決策模型計算緊急事件真實發生的后驗概率，檢測虛假的告警消息；為了對模型關鍵參數進行合理取值，基于交通流理論建立交通模型，使用差分方程表示交通流狀態的動態變化過程，定義均衡的概念表示緊急事件為真/假兩種交通模式下車輛密度的穩定狀態，并給出了均衡點的推導方法。實驗結果顯示，建立的交通模型能夠較好地預測交通流的動態變化，本發明能夠有效增強檢測的準確性，同時顯著增強抗合謀攻擊能力。

技術領域

本發明涉及車載自組織網絡安全的技術領域，尤其涉及一種車載自組織網絡中基于交通流模型的虛假消息檢測方法。

背景技術

車載自組織網絡(Vehicular Ad-hoc Networks:VANETs)是由車載節點、路邊通信基礎設施和后臺服務中心組成的分布式、自組織、異構的無線多跳網絡，如圖1所示。VANETs通過安裝在車輛上的無線節點采集車載傳感器的數據，感知車輛的位置、速度、方向等信息以及剎車、氣囊彈出等異常事件，使用專用短程通信技術(Dedicated Short RangeCommunications:DSRC)實現車輛之間、車輛與路邊通信基礎設施之間的多跳無線通信，從而交換、分享和發布這些信息，支撐豐富的上層應用，如輔助駕駛、事故告警、智能導航等。

緊急事件告警是VANETs中的重要應用之一。車輛節點通過車載傳感器感知異常事件的發生(如交通事故、交通擁堵等)，通過發送告警消息的方式提醒相關車輛及時做出反應。如圖2所示，收到告警消息的車輛可以采取剎車、變道等動作避免次生事故，距離較遠的車輛可以選擇繞行避免造成交通擁堵。VANETs中的緊急事件告警應用存在較為嚴重的安全隱患：VANETs分布式、對等的網絡架構決定了每個車輛都可以發布緊急消息，內部敵手可以發送偽造的告警消息聲稱虛假的緊急事件，發起虛假信息攻擊誘導其它車輛做出錯誤的反應，能夠對交通秩序和交通安全產生嚴重的隱患。由于內部敵手具備合法的節點身份，擁有CA分發的密鑰和安全參數，能夠為發送的消息產生正確的數字簽名，接收節點難以通過簽名驗證機制檢測和抵御此類攻擊。同時，VANETs具有龐大的地理分布和節點規模，出于成本考慮，路邊通信基礎設施的部署難以實現全面覆蓋，因此在攻擊現場往往缺乏可信節點負責驗證消息真實性并檢測攻擊者，使得虛假信息攻擊難以被有效發現和抵御。

在基于聲譽的VANETs虛假消息檢測方法中，使用聲譽值表示車輛歷史上發送的信息的可信程度，越高的值表示車輛提供了越高真實性的信息，可以分為中心式聲譽機制和分布式聲譽機制。中心式聲譽機制中每個節點負責觀測各自鄰居節點的行為，計算其聲譽值并上傳至聲譽服務器。聲譽服務器負責收集和保存節點聲譽值，并提供聲譽查詢服務。分布式聲譽機制中無需使用專用的中心式聲譽服務器。當某個車輛發送了一條告警消息，收到該消息的車輛在轉發此消息的同時在消息中嵌入自己對消息真實性的評價結果，下一跳轉發節點以同樣的方法附上自己的評價結果，這樣每個收到該消息的車輛節點能夠獲得轉發路徑上所有上游節點對消息真實性的評價。

雖然基于聲譽機制在無線自組織網絡和P2P網絡中有較為成熟的應用，但由于VANETs的獨有特性，使得此類方法難以直接應用和移植：VANETs中車輛持續高速移動，造成鏈路生存期短，網絡拓撲頻繁變化，每個車載節點的鄰居節點處于持續的變化之中。同時，VANETs具有龐大的節點規模，典型的城市環境中節點數量可達百萬級，車輛行駛途中相遇的鄰居節點幾乎都是“陌生”的，車輛之間難以存在長期的觀測機會。與傳統的移動通信網絡不同，VANETs中車載節點自發、按需地組成臨時的網絡，使用多跳路由進行數據轉發，車輛只有駛入某個路邊通信基礎設施的覆蓋范圍內才能與后臺服務器連接，車輛節點與聲譽服務器之間的間斷連接給節點聲譽值的收集和查詢過程帶來較大的時延，難以滿足VANETs緊急事件告警等交通安全類應用的強實時性要求。