CN102594844A - 一个基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统 - Google Patents

Abstract

基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统，由认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU组成，并通过无线网络互联互通，认证中心系统依据车载单元OBU的标识参数对每个车载单元OBU生成一个对应的重签名密钥，利用该重签名密钥对消息进行重签名。同时利用认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU的公钥进行消息发送者的追溯。本发明的有益效果在于：本发明所述的基于代理重签名技术的车辆自组网隐私保护认证系统的安全性结合了消息认证和隐私保护两方面，实际通信协议交互次数少，车辆单元的存储开销已经协议的通信开销都比较低，具有一定的性能优势和实用潜力。

Description

一个基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统

技术领域

本发明涉及车联网的隐私保护领域，具体涉及一种基于数字重签名技术的车辆自组网隐私保护认证系统。

背景技术

随着车辆在现代社会中的大规模和高频率使用，通过建立车用自组织网络VANETs(vehicular ad hoc networks)，又称车联网，该车联网构成“智能汽车”网络基础环境。通过车联网一方面可以有效提升驾驶体验，驾车者可以有效的通过位置共享服务深入了解实时的驾驶环境并且准确定位周围朋友的位置；另一方面能有效的缓解交通压力，减少交通事故。但车联网存在用户隐私信息被泄露的可能，迫切需要提升车辆在行驶状态中的安全性，包括安全身份认证和隐私保护等。

近些年来，车辆自组网的安全和隐私保护领域提出了较多的技术方案，如大量匿名证书隐私保护认证方案、基于群签名技术的隐私的隐私保护认证方案、基于盲签名技术的隐私保护认证方案、基于双线性对的假名认证方案，和基于可撤销环签名的隐私保护方案等。

目前在研究车辆隐私保护方面的技术方案较多，但对于在必要条件下，如产生纠纷争端或安全事故后，如何在保护车辆隐私的前提下进行身份追溯成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，提出的一个基于数字重签名和可追溯技术的车辆自组网条件隐私保护认证系统，该系统在保证车辆隐私信息不被泄露的前提下能使执法人员能有效的追溯车辆的行驶及身份信息。

本发明所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统，由认证中心系统、路侧单元RSU(Road-Side Units)及车载单元OBU(On board Unit)组成；所述的认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU通过无线网络互联互通。

所述的认证中心系统由交管局服务器群组成，所述的路侧单元安放于车辆行驶的道路旁，所述的车载单元OBU设置在机动车上。

所述的每一个车载单元OBU具有唯一的车辆标识，所述车辆标识由车载单元OBU根据车载单元OBU及车辆信息形成的参数行。

所述的认证中心系统存放有所有车载单元OBU的标识参数及车辆公钥关系对，认证中心系统依据车载单元OBU的标识参数对每个车载单元OBU生成一个对应的重签名密钥，该重签名密钥与车载单元OBU的标识参数及车辆公钥绑定并存储在认证中心系统的服务器中，同时认证中心系统将重签名密钥与车辆公钥组成的二元组通过无线网络分发给路侧单元RSU。

本发明所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现重签名的方法为：

第一步：认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU均生成自己的公私钥对，车载单元OBU将生成的公钥和车辆标识加密后匹配验证码通过无线网络经路侧单元RSU转发到认证中心系统，路侧单元RSU将生成的公钥加密后经无线网络发送到认证中心系统，认证中心系统将合法车载单元OBU公钥和车辆标识及路侧单元RSU公钥存储在认证中心系统的服务器中；同时认证中心系统将生成的公钥通过无线网络发送到路侧单元RSU及车载单元OBU，路侧单元RSU及车载单元OBU存储认证中心系统的公钥；

第二步：认证中心系统根据接收的车载单元OBU公钥和车辆标识重新生成一个重签名密钥，并通过无线网络将所有车辆的重签名密钥及车辆公钥二元组发送给侧单元RSU，同时路侧单元RSU存储接收到的车辆的重签名密钥及车辆公钥二元组；

第三步：车载单元OBU对要发出的消息产生一个签名，加密并匹配车辆公钥后通过无线网络发送给附近的路侧单元RSU；

第四步：路侧单元RSU根据车辆公钥信息对签名消息进行有效性验证；

第五步：验证通过后，路侧单元RSU根据车辆公钥检索重签名密钥及车辆公钥二元组，并根据检索到对应的重签名密钥对路侧单元RSU接收到的车载单元OBU发送的信息进行重签名，同时在路侧单元RSU存储所述消息及车辆公钥；

第六步：路侧单元RSU广播重签名的消息，并将重签名的消息及路侧单元RSU的公钥加密后发送给认证中心系统，认证中心系统将接收到消息存储在认证中心系统服务器中。

进一步的，所述的车载单元OBU对发出的消息产生一个签名时，所述的签名包含时间戳。

进一步的，所述的车载单元OBU内设置有防篡改设备，该设备中存储有公私钥对。

本发明所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现追溯的方法为

第一步：认证中心系统查询有争议消息所对应的路侧单元RSU的公钥，根据路侧单元RSU的公钥确定具体的路侧单元RSU；

第二步：认证中心系统向路侧单元RSU发送查询信息，路侧单元RSU根据重签名密钥确定车载单元OBU的公钥，路侧单元RSU将确定的车载单元OBU的公钥返回给认证中心系统；

第三步：认证中心系统根据车载单元OBU的公钥在服务器中查找车载单元OBU的标识，根据车载单元OBU的标识即可查到发送有问题消息的车载单元OBU。

本发明的有益效果在于：本发明所述的基于代理重签名技术的车辆自组网隐私保护认证系统的安全性结合了消息认证和隐私保护两方面，实际通信协议交互次数少，车辆单元的存储开销已经协议的通信开销都比较低，具有一定的性能优势和实用潜力。

附图说明

图1为基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的联网拓扑示意图；

图2为基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统代理重签名过程示意图；

图3为基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统实现重签名的示意图；

图4为为基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统实现追溯的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统，由认证中心系统3系统3、路侧单元RSU2(Road-Side Units)及车载单元OBU1(On board Unit)组成；所述的认证中心系统3、路侧单元RSU2及车载单元OBU1通过无线网络互联互通。

所述的认证中心系统3由交管局服务器群组成，所述的路侧单元安放于车辆行驶的道路旁，所述的车载单元OBU设置在机动车上。

认证中心系统3初始化系统，建立系统安全参数，认证中心系统3生成公私钥对，进而利用该密钥为路侧单元RSU2生成公私钥对并通过无线网络分派和安装到路侧单元RSU2中；车辆车载单元OBU1自己生成公私钥对，并将公钥和车辆标识加上验证信息发给认证中心系统3。认证中心系统3保存着车辆标识和车辆公钥的关系对，并通过计算为每辆车产生一个代理重签名密钥，经无线网络将所有辖内车辆的代理重签名密钥、车辆公钥二元组发送给所有路侧单元RSU2。每辆车都装有预装系统公共参数，并且每辆车都在车内防篡改设备中存储着一个公私钥对及相关匿名证书。

图2为基于重签名和可追溯技术的车辆自组网条件隐私保护认证系统的重签名过程示意图。路侧单元RSU2定期广播其公钥，该路侧单元RSU2辖区内的车辆根据该公钥信息产生会话密钥并加密要发送的签名消息。路侧单元RSU2接收到加密后的签名消息，首先计算出会话密钥进行解密，然后对签名消息进行有效性验证，如果验证有效，则查询代理重签名密钥、车辆公钥二元组，通过转化算法，对消息进行重签名处理。广播重签名过的消息时，也将该消息按照预定策略发送到认证中心系统3，进行进一步广播。此外，路侧单元RSU2会在本地追溯表中出入一条记录为(消息M，车辆公钥)二元组，供日后的追溯使用。

所述的每一个车载单元OBU1具有唯一的车辆标识，所述车辆标识由车载单元OBU1根据车载单元OBU1及车辆信息形成的参数行。

所述的认证中心系统3存放有所有车载单元OBU1的标识参数及车辆公钥关系对，认证中心系统3依据车载单元OBU1的标识参数对每个车载单元OBU1生成一个对应的重签名密钥，该重签名密钥与车载单元OBU1的标识参数及车辆公钥绑定并存储在认证中心系统3系统的服务器中，同时认证中心系统3将重签名密钥与车辆公钥组成的二元组通过无线网络分发给路侧单元RSU2。

图3为基于重签名和可追溯技术的车辆自组网条件隐私保护认证系统的流程图，覆盖了消息签名、消息加密、消息重签名、消息验证和广播消息等步骤。具体说明如下：

本发明所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现重签名的方法为：

第一步：认证中心系统3系统、路侧单元RSU2及车载单元OBU1均生成自己的公私钥对，车载单元OBU1将生成的公钥和车辆标识加密后匹配验证码通过无线网络经路侧单元RSU2转发到认证中心系统3系统，路侧单元RSU2将生成的公钥加密后经无线网络发送到认证中心系统3系统，认证中心系统3系统将合法车载单元OBU1公钥和车辆标识及路侧单元RSU2公钥存储在认证中心系统3系统的服务器中；同时认证中心系统3系统将生成的公钥通过无线网络发送到路侧单元RSU2及车载单元OBU1，路侧单元RSU2及车载单元OBU1存储认证中心系统3系统的公钥；

第二步：认证中心系统3系统根据接收的车载单元OBU1公钥和车辆标识重新生成一个重签名密钥，并通过无线网络将所有车辆的重签名密钥及车辆公钥二元组发送给路侧单元RSU2，同时路侧单元RSU2存储接收到的车辆的重签名密钥及车辆公钥二元组；

第三步：车载单元OBU1对要发出的消息产生一个签名，加密并匹配车辆公钥后通过无线网络发送给附近的路侧单元RSU2；

第四步：路侧单元RSU2根据车辆公钥信息对签名消息进行有效性验证；

第五步：验证通过后，路侧单元RSU2根据车辆公钥检索重签名密钥及车辆公钥二元组，并根据检索到对应的重签名密钥对路侧单元RSU2接收到的车载单元OBU1发送的信息进行重签名，同时在路侧单元RSU2存储所述消息及车辆公钥；

第六步：路侧单元RSU2广播重签名的消息，并将重签名的消息及路侧单元RSU2的公钥加密后发送给认证中心系统3系统，认证中心系统3系统将接收到消息存储在认证中心系统3系统服务器中。

进一步的，所述的车载单元OBU1对发出的消息产生一个签名时，所述的签名包含时间戳。

图4为基于重签名和可追溯技术的车辆自组网条件隐私保护认证系统的追溯过程示意图，如果存在一个伪造或有争议的消息M，需要对M的签名者真实身份进行追溯查询。由于路侧单元RSURSU2作为半可信单元，追溯查询存在安全性风险，故追溯查询涉及到认证中心和路侧单元RSURSU2的合作追溯，本发明所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现追溯的方法为

第一步：认证中心系统3系统查询有争议消息M所对应的路侧单元RSU2的公钥，根据路侧单元RSU2的公钥确定具体的路侧单元RSU2；

第二步：认证中心系统3系统向路侧单元RSU2发送查询信息，路侧单元RSU2根据重签名密钥确定车载单元OBU1的公钥，路侧单元RSU2将确定的车载单元OBU1的公钥返回给认证中心系统3系统；

第三步：认证中心系统3系统根据车载单元OBU1的公钥在服务器中查找车载单元OBU1的标识，根据车载单元OBU1的标识即可查到发送有问题消息M的车载单元OBU1。

本发明的优点在于：①在消息认证方面：车辆原签名的密钥存储在车辆的防篡改设备中，不知道车辆密钥则无法对签名进行伪造；由于消息签名包含了时间戳，可以抵御简单回放攻击；而重签名是基于原签名和认证中心生成的重签名密钥产生，即使获得了重签名密钥，也无法伪造一个原车辆发布的合法消息签名；②隐私保护方面：共享的会话密钥能保护在车载单元和路侧单元之间的通信保密性，只有和关联的路侧单元才能解开该加密消息；另外，给定一个对某消息的重签名，虽然只需要用认证中心的公钥来验证其正确性，但如果没有认证中心的协助来追溯重签名中消息的真实发布者，则是一个计算性难题；③可追溯性方面，给定一个有争议的消息签名，只有认证中心和相应的路侧单元合作才能利用前述追溯机制找到发布该消息的真实车辆。并且，在追溯过程中并不需要实际签名者的任何参与，而是签名消息本身就具备了完整的认证信息。

Claims (7)

1.基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统，由认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU组成；所述的认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU通过无线网络互联互通；认证中心系统由交管局服务器群组成，所述的路侧单元安放于车辆行驶的道路旁，所述的车载单元OBU设置在机动车上。

2.如权利要求1所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统，其特征在于，所述的每一个车载单元OBU具有唯一的车辆标识，所述车辆标识由车载单元OBU根据车载单元OBU及车辆信息形成的参数行。

3.如权利要求1所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统，其特征在于，所述的认证中心系统存放有所有车载单元OBU的标识参数及车辆公钥关系对，认证中心系统依据车载单元OBU的标识参数对每个车载单元OBU生成一个对应的重签名密钥，该重签名密钥与车载单元OBU的标识参数及车辆公钥绑定并存储在认证中心系统的服务器中，同时认证中心系统将重签名密钥与车辆公钥组成的二元组通过无线网络分发给路侧单元RSU。

4.利用如权利要求1所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现重签名的方法为：

第一步：认证中心系统、路侧单元RSU及车载单元OBU均生成自己的公私钥对，车载单元OBU将生成的公钥和车辆标识加密后匹配验证码通过无线网络经路侧单元RSU转发到认证中心系统，路侧单元RSU将生成的公钥加密后经无线网络发送到认证中心系统，认证中心系统将合法车载单元OBU公钥和车辆标识及路侧单元RSU公钥存储在认证中心系统的服务器中；同时认证中心系统将生成的公钥通过无线网络发送到路侧单元RSU及车载单元OBU，路侧单元RSU及车载单元OBU存储认证中心系统的公钥；

第二步：认证中心系统根据接收的车载单元OBU公钥和车辆标识重新生成一个重签名密钥，并通过无线网络将所有车辆的重签名密钥及车辆公钥二元组发送给侧单元RSU，同时路侧单元RSU存储接收到的车辆的重签名密钥及车辆公钥二元组；

第三步：车载单元OBU对要发出的消息产生一个签名，加密并匹配车辆公钥后通过无线网络发送给附近的路侧单元RSU；

第四步：路侧单元RSU根据车辆公钥信息对签名消息进行有效性验证；

第五步：验证通过后，路侧单元RSU根据车辆公钥检索重签名密钥及车辆公钥二元组，并根据检索到对应的重签名密钥对路侧单元RSU接收到的车载单元OBU发送的信息进行重签名，同时在路侧单元RSU存储所述消息及车辆公钥；

第六步：路侧单元RSU广播重签名的消息，并将重签名的消息及路侧单元RSU的公钥加密后发送给认证中心系统，认证中心系统将接收到消息存储在认证中心系统服务器中。

5.如权利要求4所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现重签名的方法，其特征在于，所述的车载单元OBU对发出的消息产生一个签名时，所述的签名包含时间戳。

6.如权利要求4所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现重签名的方法，其特征在于，所述的车载单元OBU内设置有防篡改设备，该设备中存储有公私钥对。

7.利用如权利要求1所述的基于数字重签名和可追溯技术的隐私保护认证系统的实现追溯的方法为

第一步：认证中心系统查询有争议消息所对应的路侧单元RSU的公钥，根据路侧单元RSU的公钥确定具体的路侧单元RSU；

第二步：认证中心系统向路侧单元RSU发送查询信息，路侧单元RSU根据重签名密钥确定车载单元OBU的公钥，路侧单元RSU将确定的车载单元OBU的公钥返回给认证中心系统；

第三步：认证中心系统根据车载单元OBU的公钥在服务器中查找车载单元OBU的标识，根据车载单元OBU的标识即可查到发送有问题消息的车载单元OBU。

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