[發明專利]一種車聯網環境下基于群組的輕量低開銷的安全通信方法

有效

• 申請號: 201910142847.6
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109788456B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 黃傳河;普文心
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種車聯網環境下基于群組的輕量低開銷的安全通信方法，其特征在于，定義TA為可信賴第三方機構，RSU為路邊基站，以及車輛三種實體，具體包含以下步驟：

步驟1：以一個RSU的通信范圍組成一個群組，車輛和RSU在TA處注冊，并獲取車輛唯一的ID和加密認證材料，當車輛駛入RSU群組時，進行通信安全認證；車輛計算并發給RSU，其中是車輛的ID，是車輛隨機選擇的一個密鑰；RSU選擇一個秘密并計算然后將發給車輛；

步驟2：車輛通過計算來確定RSU發來的消息是否被更改過，并根據判斷選擇執行：

若RSU發來的消息沒有更改，繼續計算其中是車輛選擇的隨機密鑰；隨后車輛將發送給RSU；

若RSU發來的消息存在更改，則拒絕接受其消息；

步驟3：RSU在中還原出車輛的真實并通過RSU和TA的秘密密鑰在TA處詢問該車輛ID的真實性，以此來確認車輛的身份；RSU和TA之間的通信被認為是絕對安全的；

步驟4：若RSU被劫持，RSU首先從中還原出然后將發送給車輛，其中是TA預先發送給車輛和RSU的驗證信息，之后車輛計算HMAC_ri驗證RSU的合法性；

步驟5：車輛在通過RSU的認證之后，將會在設定時間內獲得群公鑰；

步驟6：群公鑰生成與驗證算法步驟如下：

步驟6.1：在準備啟動新時隙時，RSU計算得到新群公鑰，其中r是一個隨機數，GK是上一個時隙內的群公鑰；并計算并將單獨發送給新加入的一批車輛；是當前時間；

步驟6.2：新加入的這批車輛收到消息之后，計算得到新公鑰并計算來驗證RSU消息的合法性；其中，a是在認證階段RSU從還原出的；

步驟6.3：對于已經在群組中的車輛，更新方式跟新加入的車輛有所不同；對于這批合法車輛，RSU計算將多播給舊的車輛；

步驟6.4：已在群組中的車輛收到消息后，計算得到更新后的群公鑰，計算驗證信息是否被篡改；如果沒有，則接受作為新群公鑰；

步驟7：當有車輛離開群組時，群公鑰也應該改變，以此來保證已離開的車輛無法持有合法的群公鑰；定義在三個通信周期內沒有收到車輛的beacon消息，就認為車輛已經離開了該群組，此時觸發群公鑰的更新。

2.根據權利要求1所述的一種車聯網環境下基于群組的輕量低開銷的安全通信方法，其特征在于：所述步驟5中，采用一種基于動態時隙批處理的群公鑰更新方式；RSU維護一個基準時隙，每n秒更新一次群公鑰，在車輛有迫切通信請求時，向RSU發送一個標識緊急程度的Tag，RSU通過Tag值累加來決定是否立即觸發群公鑰的更新；具體包括：

步驟5.1：車輛進入RSU區域并通過了驗證；此時如果上一次時隙剛剛結束，且距離下一個時隙還較早，車輛有迫切的通信需求，則向RSU發送R＝{M.Tag,T_req,σ_j}；其中M是車輛想要發送的消息內容，ID_j是車輛ID，Tag代表消息的緊急程度，這是由第三方事先協定的，分為不同的等級，等級越高，代表消息越緊急；T_req代表發出請求時的時間戳；

步驟5.2：RSU收到該請求之后，計算ΔT＝T_next-T_req，得出該請求時間距離下次時隙到來的時間差；我們將基準時隙值設為10s，以1s作為時間單位，所以ΔT取值為1到9；

步驟5.3：RSU隨后將該消息的ΔT值與Tag值相加，得到W＝ΔT+Tag，并放入RSU維護的一個加入隊列Queue,每有一條請求消息到來，就計算一個W值并放入隊列，當W值累加達到某個閾值，就觸發一個群公鑰的更新，啟動一個新的時隙。

3.根據權利要求1所述的一種車聯網環境下基于群組的輕量低開銷的安全通信方法，其特征在于：所述步驟7具體表現包括，RSU選擇一個隨機數計算作為新的群公鑰，其中是上一個群公鑰；對于群內每一個成員，RSU計算和然后RSU將發給所有車輛；車輛驗證方式與步驟6.4相同。