一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：(1)首先要建立了一個(gè)系統(tǒng)模型；(2)系統(tǒng)初始化；(3)車輛和路邊單元RSU雙方認(rèn)證；(4)群組密鑰的協(xié)商及更新；(5)群內(nèi)的通信，主要分為廣播通信、車輛和路邊單元RSU的通信以及車輛一對(duì)一通信三種方式。本發(fā)明采用無(wú)證書(shū)的公鑰體制，通信過(guò)程無(wú)需第三方TA的參與，避免使用公鑰加密體制時(shí)，TA對(duì)證書(shū)認(rèn)證時(shí)的時(shí)延問(wèn)題，加快了認(rèn)證速度。通過(guò)群密鑰傳遞的方式，減少合法車輛的認(rèn)證次數(shù)。使用密鑰協(xié)商的方式產(chǎn)生密鑰代替群首領(lǐng)分發(fā)密鑰的方式，減輕了群首領(lǐng)的工作量，消除了可能存在的單點(diǎn)失敗問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
_種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)、安全認(rèn)證等領(lǐng)域，尤其涉及無(wú)認(rèn)證中心、高效 的的車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，作為一種支持行駛在道路上的車輛進(jìn)行交流從 而保證安全行駛的網(wǎng)絡(luò)一一車載自組網(wǎng)，旨在為人們提供更加安全、舒適的駕駛環(huán)境。生活 中，車載網(wǎng)絡(luò)的安全性和交通事故、車主的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此我們需要一種能夠 驗(yàn)證消息、認(rèn)證合法車輛以及追蹤非法行為車輛的安全機(jī)制來(lái)保證車載網(wǎng)的安全。
[0003] 大多數(shù)現(xiàn)有解決方案，使用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)制，不具備高效的車輛認(rèn)證機(jī)制。同 時(shí)，在車載網(wǎng)中，車輛需要可以廣播消息給其他的車輛，車輛也可以和群內(nèi)其他車輛進(jìn)行安 全通信，因此車載網(wǎng)需要擁有群內(nèi)通信機(jī)制。然而，大多數(shù)方案沒(méi)有包括這一點(diǎn)或者直接使 用配對(duì)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，既不安全也不高效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述情況，我們需要提出一種更全面的安全方案，通過(guò)使用群內(nèi)節(jié)點(diǎn)自檢 認(rèn)證以及群密鑰傳遞機(jī)制克服以上的缺點(diǎn)。本發(fā)明提出了一種無(wú)認(rèn)證中心的、高效的車載 網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法。在滿足安全需求的基礎(chǔ)上，同時(shí)通過(guò)使用路邊基礎(chǔ)設(shè)施RSU 和車輛相互自認(rèn)證來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的第三方認(rèn)證，以及使用群密鑰傳遞機(jī)制來(lái)提高通信效率。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] -種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：（1)首先要建立了一個(gè)系 統(tǒng)模型：包括可信認(rèn)證中心TA、固定在路邊的路邊單元RSU以及安裝在車輛上的車載單元 0BU; (2)系統(tǒng)初始化:可信認(rèn)證中心TA隨機(jī)選擇參數(shù)生成自己的公私鑰并定義哈希函數(shù)和 一個(gè)安全的對(duì)稱密碼算法，隨后公布系統(tǒng)參數(shù)并將系統(tǒng)參數(shù)下載到路邊單元RSU和車載單 元0BU中；（3)車輛和路邊單元RSU雙方認(rèn)證；（4)群組密鑰的協(xié)商及更新；（5)群內(nèi)的通信，主 要分為廣播通信、車輛和路邊單元RSU的通信以及車輛一對(duì)一通信三種方式。
[0007] 進(jìn)一步，所述步驟(3)車輛和路邊單元RSU雙方認(rèn)證部分，車輛用戶為了與附近的 車輛和路邊單元RSU進(jìn)行通信，在進(jìn)入路邊單元RSU的通信范圍后，需要進(jìn)行身份認(rèn)證和密 鑰協(xié)商從而加入群;其步驟如下：
[0008] 步驟3.1:路邊單元RSU周期向外廣播消息Megl，主要包括可信認(rèn)證中心TA頒發(fā)的 簽名信息屬&〇%))，其中/私〇\)是對(duì)RSU所在地理位置的哈希操作，視說(shuō)，是 RSU的公鑰；
[0009] 步驟3.2:車輛進(jìn)入路邊單元RSU通信范圍，接收Megl，從中解獲RSU的地理位置哈 希函數(shù)/?(￡〇& )、ΤΑ簽名信息中的~
[0010] 步驟3.3:車輛完成對(duì)RSU的認(rèn)證后，發(fā)送消息Meg2給RSU，Meg2中包含時(shí)間戳TS、車 輛的公鑰^&^、對(duì)稱密鑰參數(shù)N1、車輛的假名以及根據(jù)對(duì)稱密鑰N1生成的消息認(rèn)證 HMAC, ()；
[0011]步驟3.4:RSU接收Meg2,認(rèn)證時(shí)間戳TS，計(jì)算時(shí)間差Δ t是否滿足延遲范圍，如果滿 足，則驗(yàn)證從Meg2解獲和密鑰N1，之后RSU根據(jù)密鑰N1計(jì)算出消息認(rèn)證 (·)并判斷兩個(gè)消息認(rèn)證是否相等;如果相等，接下來(lái)驗(yàn)證從用群密鑰加密的信息 中解獲的車輛的假名和從用R S U公鑰加密的信息中解獲的車輛的假名\:是否相 等，如果相等，則車輛與RSU此時(shí)完成認(rèn)證，如果不相等，RSU發(fā)送Meg3給車輛；
[0012] 步驟3.5 :車輛接收Meg3，認(rèn)證用對(duì)稱密鑰N1產(chǎn)生的消息認(rèn)證(_)，并發(fā)送 Meg4給RSU;
[0013] 步驟3.6: RSU接收Meg4，認(rèn)證判斷條件是否滿足，如果滿足，則完成雙 方認(rèn)證。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟(4)群組密鑰的協(xié)商與更新主要包括群組密鑰協(xié)商和群組密鑰 更新兩個(gè)部分；
[0015] 為了和其他車輛以及RSU進(jìn)行通信，車輛完成認(rèn)證后需要進(jìn)行群組密鑰協(xié)商，從而 加入以RSU為中心的群;其步驟如下：
[0016]步驟4.1:車輛選擇隨機(jī)數(shù)，計(jì)算相應(yīng)值，發(fā)送Pagl給RSU;
[0017] 步驟4.2: RSU接收Pagl，解獲相關(guān)信息，計(jì)算群密鑰GK，發(fā)送Pag2給車輛，同時(shí)廣播 Pag3給其他群組成員；隨后RSU執(zhí)行群密鑰傳遞機(jī)制，群密鑰傳遞機(jī)制是指，當(dāng)群密鑰更新 后，RSU使用自己的公鑰PK對(duì)群密鑰GK和簽名A'. Η進(jìn)行加密，加密完成后，RSu通過(guò)有線 發(fā)送消息(心f、,給附近區(qū)域的RSU;
[0018] 步驟4.3:車輛接收消息Pag2，獲得群密鑰GK;
[0019] 當(dāng)群組中的某輛車退出群組時(shí)需要進(jìn)行群組密鑰更新過(guò)程，使得群內(nèi)其他車輛的 通信不受影響，同時(shí)退出的車輛不能再與群內(nèi)成員通信;其步驟如下：
[0020] 步驟4.4:當(dāng)RSU通過(guò)硬件檢測(cè)出群組中某一車輛離開(kāi)其通信區(qū)域范圍時(shí)，RSU隨機(jī) 選擇參數(shù)，計(jì)算相關(guān)信息，發(fā)送Bml給群組成員。
[0021] 步驟4.5:群組成員接收到Bml，使用舊的群密鑰Gf解獲新的群密鑰GK。
[0022] 進(jìn)一步，所述車輛一對(duì)一通信是指當(dāng)車輛與另一車輛之間進(jìn)行一對(duì)一通信時(shí)，將 需要發(fā)送消息wwn: (C), (·)），其中C是一個(gè)固定值，表示請(qǐng)求一對(duì)一通信; EcK (c)為用群密鑰加密，為對(duì)稱密鑰產(chǎn)生的消息認(rèn)證;給RSU表示請(qǐng)求一對(duì)一通信； 當(dāng)車輛Vi與車輛L進(jìn)行一對(duì)一通信，其步驟如下：
[0023] 步驟5.1:車輛Vi發(fā)送消息Wodl給RSU，請(qǐng)求一對(duì)一通信；
[0024] 步驟5.2: RSU接收消息Wodl，使用群密鑰解密并認(rèn)證消息認(rèn)證函數(shù)(:)，廣 播消息Wod2;
[0025] 步驟5.3:車輛Vi接收消息Wod2，計(jì)算共享密鑰VVKi, j，發(fā)送消息Wod3給另一車輛Vj;
[0026] 步驟5.4:車輛Vj接收消息Wod2和消息Wod3，獲得共享密鑰，并認(rèn)證消息認(rèn)證函數(shù) (Ο，如果正確，則一對(duì)一通信建立成功。
[0027]進(jìn)一步，所述可信認(rèn)證中心ΤΑ-方面用于整個(gè)車載自組織網(wǎng)絡(luò)中所有實(shí)體的注冊(cè) 及管理工作；另一方面，當(dāng)發(fā)生交通糾紛時(shí)，ΤΑ還用于揭露車輛的真實(shí)身份并對(duì)非法車輛的 撤銷信息進(jìn)行公布。
[0028]進(jìn)一步，所述路邊單元RSU-方面用于對(duì)區(qū)域內(nèi)的車輛的合法性進(jìn)行認(rèn)證，并與車 輛進(jìn)行密鑰協(xié)商，形成通信群組；另一方面，RSU還用于幫助ΤΑ進(jìn)行惡意車輛行為的追責(zé)， RSU是分布于路邊的，相鄰的RSU知道相互之間的公鑰，可以進(jìn)行相互通信。
[0029] 進(jìn)一步，所述車載單元0BU用于存儲(chǔ)安全材料以及執(zhí)行所有的加密操作。
[0030] 本文提出一種車載自組網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信的方案，該方案有以下有益效果：
[0031] 1)采用無(wú)證書(shū)的公鑰體制，通信過(guò)程無(wú)需第三方ΤΑ的參與，避免使用公鑰加密體 制時(shí)，ΤΑ對(duì)證書(shū)認(rèn)證時(shí)的時(shí)延問(wèn)題，加快了認(rèn)證速度。
[0032] 2)通過(guò)群密鑰傳遞的方式，減少合法車輛的認(rèn)證次數(shù)。
[0033] 3)使用密鑰協(xié)商的方式產(chǎn)生密鑰代替群首領(lǐng)分發(fā)密鑰的方式，減輕了群首領(lǐng)的工 作量，消除了可能存在的單點(diǎn)失敗問(wèn)題。
[0034] 4)使用群組密鑰協(xié)商的方式產(chǎn)生群密鑰代替群首領(lǐng)分發(fā)密鑰的方式，在減輕了群 首領(lǐng)的工作量、消除了可能存在的單點(diǎn)失敗問(wèn)題的同時(shí)提高了通信效率。
[0035] 5)采用群密鑰傳遞機(jī)制，當(dāng)群密鑰更新后，RSU使用自己的公鑰ΡΚ對(duì)群密鑰GK和簽 名心^,(')進(jìn)行加密，加密完成后，RSU通過(guò)有線發(fā)送消息(')))給附近區(qū) 域的RSU。群組密鑰的傳輸是通過(guò)群密鑰傳遞的方式，減少合法車輛的認(rèn)證次數(shù)，提高通信 效率。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1為本發(fā)明的總體流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明中的系統(tǒng)模型圖；
[0038]圖3為本發(fā)明中的RSUi和Vi相互認(rèn)證過(guò)程圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明中的群密鑰協(xié)商過(guò)程圖；
[0040] 圖5為本發(fā)明中的群內(nèi)車輛一對(duì)一通信過(guò)程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本發(fā)明的方法主要包括以下四部分：
[0042] 1、系統(tǒng)初始化
[0043]可信認(rèn)證中心TA選擇選擇參數(shù)以及隨機(jī)數(shù)生成自己的公私鑰、定義哈希函數(shù)和一 個(gè)安全的對(duì)稱密碼算法，隨后公布系統(tǒng)參數(shù)并將系統(tǒng)參數(shù)下載到路邊單元RSU和車載單元 0BU 中。
[0044] 2、車輛和RSU雙方認(rèn)證
[0045] 在道路上，以通信范圍較廣、計(jì)算能力較強(qiáng)的RSU為中心，根據(jù)地理區(qū)域形成群組。 車輛用戶為了與附近的車輛和RSU進(jìn)行通信，在進(jìn)入路邊單元的通信范圍后，需要進(jìn)行身份 認(rèn)證和密鑰協(xié)商從而加入群。在本協(xié)議中，車輛和RSU互相自認(rèn)證，無(wú)需第三方TA的參與，同 時(shí)使用相鄰RSU傳遞群密鑰減少合法車輛的認(rèn)證時(shí)間，車輛加入路邊單元形成群時(shí)的認(rèn)證 過(guò)程如圖3所示。
[0046]在車輛和RSU雙方認(rèn)證之前，系統(tǒng)需要初始化?？尚湃沃行腡A選擇相應(yīng)參數(shù)計(jì)算公 私鑰，并公布系統(tǒng)參數(shù)。RSU與0BU在TA處下載系統(tǒng)參數(shù)，獲取唯一真名TID并周期性向外廣 播Megl。車輛進(jìn)入RSU范圍內(nèi)，接收Megl，進(jìn)行相應(yīng)的認(rèn)證。如果滿足認(rèn)證條件，車輛向RSU發(fā) 送MegSJSU接收Meg2,計(jì)算Δ t是否滿足延遲范圍，如果滿足，則驗(yàn)證和 //M4CV/·)是否相等，如果相等，接下來(lái)驗(yàn)證和^70\是否相等，如果相等，則車輛與 RSU此時(shí)完成認(rèn)證。如果不相等，RSU發(fā)送Meg3，車輛接收Meg3認(rèn)證C v: (·)，并發(fā)送Meg4， RSU接收Meg4，判斷條件是否滿足，如果滿足則完成雙方認(rèn)證。
[0047] 3、群組密鑰的協(xié)商及更新；
[0048] (1)為了和其他車輛以及RSU進(jìn)行通信，車輛完成認(rèn)證后需要進(jìn)行密鑰協(xié)商從而加 入以RSU為中心的群。因此完成雙方認(rèn)證的車輛首先發(fā)送Pagl，RSU接收Pagl，計(jì)算群密鑰并 廣播Pag2。車輛接收Pag2，從而獲得群密鑰。
[0049] (2)當(dāng)群組中的某輛車退出群組時(shí)需要進(jìn)行群組密鑰的更新，使得群內(nèi)其他車輛 的通信不受影響，同時(shí)退出的車輛不能再與群內(nèi)成員通信。當(dāng)RSU通過(guò)硬件檢測(cè)出車輛已經(jīng) 離開(kāi)通信區(qū)域時(shí)，RSU選擇隨機(jī)數(shù)計(jì)算每個(gè)現(xiàn)有群組成員的并廣播Bml，群成員接收到 Bml，后的更新后的群密鑰。
[0050] 4、群內(nèi)的通信
[0051] 群內(nèi)通信主要分為廣播通信，車輛和RSU的通信以及車輛一對(duì)一通信。
[0052]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。首先我們要建立如圖1所示的系統(tǒng)模型。從圖1可以看出本文的系統(tǒng)模型主要包 含3個(gè)實(shí)體:可信度最高的可信權(quán)威TA、固定在路邊的基礎(chǔ)設(shè)施RSU以及安裝在車輛上的車 載單元(〇BU，on_board unit)。
[0053] (1)ΤΑ: ΤΑ是整個(gè)系統(tǒng)的可信認(rèn)證中心，負(fù)責(zé)整個(gè)車載自組織網(wǎng)絡(luò)中所有實(shí)體的注 冊(cè)及管理工作。其次，當(dāng)發(fā)生交通糾紛時(shí)，ΤΑ還負(fù)責(zé)揭露車輛的真實(shí)身份并對(duì)非法車輛的撤 銷信息進(jìn)行公布。在本文安全通信協(xié)議里，車輛用戶和路邊單元RSU都需要向ΤΑ注冊(cè)，ΤΑ向 他們分配證書(shū)參數(shù)。
[0054] (2)RSU: RSU是隸屬于ΤΑ的，主要負(fù)責(zé)對(duì)區(qū)域內(nèi)的車輛的合法性進(jìn)行認(rèn)證，并與車 輛進(jìn)行密鑰協(xié)商，形成通信群組。此外，RSU還負(fù)責(zé)幫助ΤΑ進(jìn)行惡意車輛行為的追責(zé)。RSU是 分布于路邊的，相鄰的RSU知道相互之間的公鑰，可以進(jìn)行相互通信。
[0055] (3)0BU:每個(gè)0BU都配備一個(gè)硬件安全模塊，該模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)安全材料以及執(zhí)行所 有的加密操作。
[0056]系統(tǒng)模型建立好之后便可以進(jìn)行VANET群組協(xié)商通信協(xié)議，具體步驟如下（詳細(xì)符 號(hào)定義參照表1):
[0057]表1主要符號(hào)定義
[0059] 其中，為從用群密鑰加密的信息中解獲的車輛的假名，為從用RSU公鑰 加密的信息中解獲的車輛的假名。
[0060] 1、系統(tǒng)初始化
[0061 ] (1)可信認(rèn)證中心TA選擇參數(shù)㈧，G2，P，q，e，G，p，g)和一個(gè)隨機(jī)數(shù)％ e 作為T(mén)A的 私鑰SKTA并計(jì)算出相應(yīng)的公鑰ΡΚΤΑ = ΦταΡ。接著ΤΑ定義兩個(gè)哈希函數(shù)Η!: {0，1 、 /κ丨iUf 丨和一個(gè)安全的對(duì)稱密碼算法Ek( ·)。隨后ΤΑ公布系統(tǒng)參數(shù)。
[0062] · )，Ek〇)，將系統(tǒng)參數(shù)下載到路邊單元RSU和車輛的 車載單元0BU中。
[0063] (2)在RSU被安裝到合適的地理位置前，需要到TA處進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的下載。TA給每 個(gè)RSU分配一個(gè)真名TIDrsluTA選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)#?乍為RSu的私鑰SKRSU，計(jì)算RSU的公鑰 卩1([?11=|1?，1^1]的認(rèn)證參數(shù)為(>)[?11 = 111(1'10[?11)，8[?11 = 11>^[?11，將公私鑰和認(rèn)證參數(shù)也下載到 RSU中，同時(shí)RSU中下載有附近區(qū)域路邊單元的公鑰。
[0064] (3)車輛在使用之前，需要到TA處進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)以及認(rèn)證參數(shù)的下載。TA給每一輛 車Vi配備一個(gè)真名2??。計(jì)算車輛認(rèn)證參數(shù)込=盡(Τ/Α;)和氣=仏」0, ;下載到車輛中。為 了保證車輛不被惡意車輛追溯到，車輛￥1每進(jìn)入一個(gè)新的RSU范圍就會(huì)激發(fā)密鑰生成設(shè)備， 選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)作為私鑰《計(jì)算~'作為自己的公鑰，同時(shí)生成車輛的假名 FIDr ^TID, ΦΗ.?κ^ΡΚ,,)，
[0065] 2、車輛和路邊單元RSU雙方認(rèn)證
[0066]在道路上，以通信范圍較廣、計(jì)算能力較強(qiáng)的路邊單元RSU為中心，根據(jù)地理區(qū)域 形成群。車輛用戶為了與附近的車輛和RSU進(jìn)行通信，在進(jìn)入路邊單元的通信范圍后，需要 進(jìn)行身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商從而加入群。在本協(xié)議中，車輛和RSU互相自認(rèn)證，無(wú)需第三方TA 的參與，同時(shí)使用相鄰RSU傳遞群密鑰減少合法車輛的認(rèn)證時(shí)間，車輛Vi加入路邊單元RSUi 形成群時(shí)的認(rèn)證過(guò)程如圖2所示。
[0067] 第一步：每個(gè)RSU內(nèi)部都存儲(chǔ)有TA頒發(fā)的簽名信息〇^(/^^，/你0%))。其中 /?a〇cA )是對(duì)RSlhK在地理位置信息進(jìn)行的哈希操作，RSlh周期性的向外廣播消 Mcgl: {FKR：tU Ml.ocR ) , (PKRSI. . h(LocK ))
[0068] 第二步：車輛Vi進(jìn)入RSUi的通信范圍，接收到Megl，從Megl中取出4)和 %,(瓜％ ·咐％)，使用ΤΑ的公鑰PKTA解密巧獲得f(-s,)。如果公式（1)成 立，I完成對(duì)RSU的認(rèn)證，否則丟棄該消息。
[0070] 第三步：V i完成對(duì)R S U i的認(rèn)證后，選擇隨機(jī)數(shù)N i，發(fā)送 i￥eg2:((視以招,(F/A)(尸^
[0071] 第四步:RSUi接收到Meg2后，認(rèn)證時(shí)間戳TS，計(jì)算Δ t = CT-TS，CT表示當(dāng)前時(shí)間，如 果A t在規(guī)定范圍的網(wǎng)絡(luò)延遲范圍內(nèi)，認(rèn)證通過(guò)，否則，丟棄該信息。RSlh用私鑰解密 >獲得Nl，F(xiàn)/A ·計(jì)算ZfM4CVi ()，比較Mi灰 如果不相等則丟棄消息。如果相等，取出RSUi存儲(chǔ)的來(lái)自附近區(qū)域其他RSU傳遞的GK，解密 (f/a:)得到in，比較HA,和V，如果相等，表示V,已經(jīng)被附近RSU認(rèn)證，是合法 的，則RSU^VA證完成，接下來(lái)將進(jìn)行群密鑰的協(xié)商。如果不相等，RSU,隨機(jī)選擇拆 <，計(jì) 算2^ ;發(fā)送詠0:巧',(ρ·Μ, '!'")給Vi。
[0072] 第五步：Vi接收到Meg3，解密獲得'，認(rèn)證U。隨機(jī)選擇A 2;，計(jì)算 T, :: βΡ …K(二 eiPKQ^jPKjeiNAJwU 1 迭 A RSUi 〇
[0073] 第六步：RSUi接收到Meg4，解密獲得HA:;，Λ沿,&，認(rèn)證ra?CAi (.),計(jì)算r·:::= ，如果公式2成立，RSUi則完成對(duì)Vi的認(rèn)證，否則，丟棄信息。
[0075] 3、群組密鑰的協(xié)商與更新
[0076] (1)群組密鑰協(xié)商
[0077] 為了和其他車輛以及RSU進(jìn)行通信，車輛完成認(rèn)證后需要進(jìn)行密鑰協(xié)商從而加入 以RSU為中心的群。協(xié)商的過(guò)程如圖3。
[0078] 第一步:Vi隨機(jī)選擇y Z:，計(jì)算#，發(fā)送:)./^^(^(.)))給RSUi。
[0079] 第二步:RSUi接收消息Pagl，解密獲得隨機(jī)選擇/e Z卜
同時(shí)，廣播PagSjEc， ((GK) | | HMACV (.)))給其他群組成員，其中Gf表示以前的群密鑰。隨后RSUi執(zhí)行群密鑰傳 輸機(jī)制。
[0080] 第三步：Vi接收消息Pag2,解密獲得
，計(jì)算？:=丨f)'然后獲得群密鑰
[0081] 群密鑰傳輸機(jī)制：當(dāng)群密鑰更新后，1?31]1通過(guò)有線通信發(fā)送消息 給附近區(qū)域的RSU。
[0082] (2)群密鑰的更新
[0083]當(dāng)群組中的某輛車退出群組時(shí)其他車輛的通信不受影響，并且退出的車輛不能再 與群內(nèi)其他成員通信，此時(shí)需要進(jìn)行群組密鑰進(jìn)行更新。群密鑰更新步驟如下：
[0084] 第一步：當(dāng)Vj離開(kāi)RSUi的通信區(qū)域后，RSUi通過(guò)硬件檢測(cè)出Vj離開(kāi)區(qū)域范圍。RSUi隨 機(jī)選擇/eZ,)，計(jì)算每一個(gè)群組成員的# (Vj除外），計(jì)算它們的和
>然后廣播

[0085] 第二步：群成員Vi接收到Bml，使用群密鑰Gf解密，根據(jù)FIDi 計(jì)算g; = (gv'）、
[0086] 4、群內(nèi)通信
[0087] (1)廣播通信
[0088] 當(dāng)Vi希望廣播消息m給附近車輛時(shí)，則廣播GB_i:(￡eK〇?，fIA: C))h.所述 廣播通信是指當(dāng)車輛希望廣播信息給附近車輛時(shí)，則廣播用群秘鑰加密的信息m、車輛的假 名&A,以及用群密鑰GK產(chǎn)生的消息認(rèn)證HMAC GK( ·)，即J/M/ICy'))）* 請(qǐng)求廣播通信。該消息認(rèn)證是使用群密鑰生成的；其中爲(wèi)表示使 用群密鑰GK對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行加密。
[0089] (2)車輛和RSU的通信
[0090] 當(dāng) Vi 希望發(fā)送消息 m 給 RSUi，則發(fā)送(_出2. Vi和RSUi的共享密鑰;其中EN1(m)表示使用密鑰見(jiàn)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行加密。
[0091] (3)車輛一對(duì)一通信
[0092] 當(dāng)Vi希望和Vj進(jìn)行一對(duì)一通信時(shí)，通信過(guò)程如圖4。
[0093] 第一步：Vi發(fā)送消息斤?Α?? :(·))給RSUi，其中C是一個(gè)固定值，表示 請(qǐng)求一對(duì)一通信。
[0094] 第二步：R S U i接收到W 〇 d 1，使用群密鑰解密和認(rèn)證HM/IC Vi (·)。然后根據(jù)C廣播 Wod2 ： (%r{(g'v',M〇ri) · ·.(·)))
[0095] 第三步:Vi接收到Wod2,使用群密鑰解密和認(rèn)證HMAC(.)。根據(jù)FIDj獲得g〃，使用在 3.2.2中隨機(jī)選擇的η計(jì)算共享密鑰FiX:; 發(fā)送消:(&. ((Ε"κ少非i7/?) ,(.)))給Vj。
[0096] 第四步：V j接收到Wo d 2和Wo d 3，解密，根據(jù)獲得,計(jì)算共享密鑰 KTX.; = /?%認(rèn)證-(·)，如果正確，接受消息m。
[0097] 在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示意性實(shí)施例"、 "示例"、"具體示例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié) 構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的 示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0098]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：（1)首先要建 立了一個(gè)系統(tǒng)模型:包括可信認(rèn)證中心TA、固定在路邊的路邊單元RSU以及安裝在車輛上的 車載單元OBU; (2)系統(tǒng)初始化:可信認(rèn)證中心TA隨機(jī)選擇參數(shù)生成自己的公私鑰并定義哈 希函數(shù)和一個(gè)安全的對(duì)稱密碼算法，隨后公布系統(tǒng)參數(shù)并將系統(tǒng)參數(shù)下載到路邊單元RSU 和車載單元OBU中；（3)車輛和路邊單元RSU雙方認(rèn)證；（4)群組密鑰的協(xié)商及更新；（5)群內(nèi) 的通信，主要分為廣播通信、車輛和路邊單元RSU的通信以及車輛一對(duì)一通信三種方式。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟(3)車輛和路邊單元RSU雙方認(rèn)證部分，車輛用戶為了與附近的車輛和路邊單元RSU進(jìn)行 通信，在進(jìn)入路邊單元RSU的通信范圍后，需要進(jìn)行身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商從而加入群;其步 驟如下： 步驟3.1:路邊單元RSU周期向外廣播消息Megl，主要包括可信認(rèn)證中心TA頒發(fā)的簽名 信息％&,(X [〇?·))，其中h (Loci)是對(duì)RSU所在地理位置的哈希操作，漢階,是RSU的 公鑰； 步驟3.2:車輛進(jìn)入路邊單元RSU通信范圍，接收Megl，從中解獲RSU的地理位置哈希函 數(shù)與/腐知）:、TA簽名信息中的A1U-OQ h 步驟3.3:車輛完成對(duì)RSU的認(rèn)證后，發(fā)送消息Meg2給RSU，Meg2中包含時(shí)間戳TS、車輛的 公鑰、對(duì)稱密鑰參數(shù)N1、車輛的假名以及根據(jù)對(duì)稱密鑰仏生成的消息認(rèn)證 IIMA (.：()·. 步驟3.4:RSU接收Meg2，認(rèn)證時(shí)間戳TS，計(jì)算時(shí)間差Δ t是否滿足延遲范圍，如果滿足， 則驗(yàn)證從Meg2解獲(_)和密鑰N1，之后RSU根據(jù)密鑰沁計(jì)算出消息認(rèn)證0 并判斷兩個(gè)消息認(rèn)證是否相等；如果相等，接下來(lái)驗(yàn)證從用群密鑰加密的信息中解獲的車 輛的假名和從用RSU公鑰加密的信息中解獲的車輛的假名0^ :是否相等，如果相等， 則車輛與RSU此時(shí)完成認(rèn)證，如果不相等，RSU發(fā)送Meg3給車輛； 步驟3.5:車輛接收Meg3，認(rèn)證用對(duì)稱密鑰沁產(chǎn)生的消息認(rèn)證(·)，并發(fā)送Meg4給 RSU ； 步驟3.6: RSU接收Meg4，認(rèn)證(。)判斷條件是否滿足，如果滿足，則完成雙方認(rèn) 證。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟(4)群組密鑰的協(xié)商與更新主要包括群組密鑰協(xié)商和群組密鑰更新兩個(gè)部分； 為了和其他車輛以及RSU進(jìn)行通信，車輛完成認(rèn)證后需要進(jìn)行群組密鑰協(xié)商，從而加入 以RSU為中心的群;其步驟如下： 步驟4.1:車輛選擇隨機(jī)數(shù)，計(jì)算相應(yīng)值，發(fā)送Pagl給RSU; 步驟4.2: RSU接收Pagl，解獲相關(guān)信息，計(jì)算群密鑰GK，發(fā)送Pag2給車輛，同時(shí)廣播Pag3 給其他群組成員；隨后RSU執(zhí)行群密鑰傳遞機(jī)制，群密鑰傳遞機(jī)制是指，當(dāng)群密鑰更新后， RSU使用自己的公鑰PK對(duì)群密鑰GK和簽名(·)進(jìn)行加密，加密完成后，RSU通過(guò)有線發(fā)送 消息(Aa.(保給附近區(qū)域的RSU; 步驟4.3:車輛接收消息Pag2，獲得群密鑰GK; 當(dāng)群組中的某輛車退出群組時(shí)需要進(jìn)行群組密鑰更新過(guò)程，使得群內(nèi)其他車輛的通信 不受影響，同時(shí)退出的車輛不能再與群內(nèi)成員通信;其步驟如下： 步驟4.4:當(dāng)RSU通過(guò)硬件檢測(cè)出群組中某一車輛離開(kāi)其通信區(qū)域范圍時(shí)，RSU隨機(jī)選擇 參數(shù)，計(jì)算相關(guān)信息，發(fā)送Bml給群組成員。 步驟4.5:群組成員接收到Bml，使用舊的群密鑰Gf解獲新的群密鑰GK。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述車 輛一對(duì)一通信是指當(dāng)車輛與另一車輛之間進(jìn)行一對(duì)一通信時(shí)，將需要發(fā)送消息 其中C是一個(gè)固定值，表示請(qǐng)求一對(duì)一通信;EcK(C)為用群密鑰 加密，(·：!為對(duì)稱密鑰產(chǎn)生的消息認(rèn)證;給RSU表示請(qǐng)求一對(duì)一通信；當(dāng)車輛Vl與車輛 Vj進(jìn)行一對(duì)一通信，其步驟如下： 步驟5.1:車輛Vi發(fā)送消息Wodl給RSU，請(qǐng)求一對(duì)一通信； 步驟5.2 :RSU接收消息Wodl，使用群密鑰解密并認(rèn)證消息認(rèn)證函數(shù)//Λ/WC,、（')._廣播消 息Wod2; 步驟5.3:車輛Vi接收消息Wod2，計(jì)算共享密鑰VVKi, j，發(fā)送消息Wod3給另一車輛Vj; 步驟5.4:車輛Vi接收消息Wod2和消息Wod3，獲得共享密鑰，并認(rèn)證消息認(rèn)證函數(shù) ('），如果正確，則一對(duì)一通信建立成功。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述可 信認(rèn)證中心TA-方面用于整個(gè)車載自組織網(wǎng)絡(luò)中所有實(shí)體的注冊(cè)及管理工作；另一方面， 當(dāng)發(fā)生交通糾紛時(shí)，TA還用于揭露車輛的真實(shí)身份并對(duì)非法車輛的撤銷信息進(jìn)行公布。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述路 邊單元RSU-方面用于對(duì)區(qū)域內(nèi)的車輛的合法性進(jìn)行認(rèn)證，并與車輛進(jìn)行密鑰協(xié)商，形成通 信群組；另一方面，RSU還用于幫助TA進(jìn)行惡意車輛行為的追責(zé)，RSU是分布于路邊的，相鄰 的RSU知道相互之間的公鑰，可以進(jìn)行相互通信。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載網(wǎng)群組協(xié)商通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述車 載單元OBU用于存儲(chǔ)安全材料以及執(zhí)行所有的加密操作。
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK106027233SQ201610278730
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】韓牟, 華蕾, 馬世典, 江浩斌, 劉文山, 梁軍, 陳龍
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)