CN106296839A - 一种防锁卡的安全认证方法及etc系统 - Google Patents

一种防锁卡的安全认证方法及etc系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防锁卡的安全认证方法及ETC系统，该方法包括：步骤1，RSU通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码同时，计算OBU认证码；步骤2，RSU下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据；步骤3，OBU确认OBU认证码验证成功后，执行ESAM/ICC认证。本申请在ETC通讯过程中涉及ESAM/ICC认证、安全报文传输指令操作前增加了以RSU的BeaconID和OBU的MACID作为认证因子的OBU认证操作，可以避免ETC实际应用中因多台设备干扰、随机数失效等原因导致的ESAM/ICC认证锁卡问题，降低ETC产品的故障率。

Description

一种防锁卡的安全认证方法及ETC系统
技术领域
本申请涉及一种智能交通(Intelligent Transportation System，ITS)技术领域，更具体地，涉及一种防锁卡的安全认证方法及ETC系统。
背景技术
电子不停车收费系统(ETC，Electronic Toll Collection)是智能交通收费系统的一种，其利用专用短程通信(DSRC，Dedicated Short Range Communications)技术实现道路上的路侧天线设备(RSU：Road Side Unit)与车辆上的车载电子标签设备(OBU：OnBoard Unit)之间的无线数据通讯，进行车辆自动识别和有关收费数据的交换，从而完成不停车收费。
目前RSU与OBU之间进行DSRC通讯操作主要是基于RSU中的PSAM卡和OBU中的ESAM/ICC通讯操作，由于ESAM/ICC某些文件(如ESAM中的车辆信息文件、ICC中的电子钱包文件)安全属性较高，需要配套的PSAM卡进行安全认证，才能完成ETC系统中的发行、交易操作。
本申请的申请人研究发现：在实际ETC应用中，由于现场特殊使用环境(如发行时多台发行器同时发行)、设备软硬件bug(如RSU计算ESAM/ICC认证码采用的随机数与ESAM/ICC取的随机数不一致)等原因，导致ESAM/ICC认证码错误。ESAM/ICC验证三次错误后即永久锁定，由于ESAM/ICC锁卡是不可恢复的，只能更换ICC或者OBU返厂更换ESAM，从而影响OBU的正常使用。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提供一种防锁卡的安全认证方法及ETC系统，以解决ETC实际应用中因多台设备干扰、随机数失效等原因导致的ESAM/ICC认证锁卡问题，降低ETC产品的故障率。
为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，本申请提供一种防锁卡的安全认证方法，包括以下步骤：
步骤1，RSU通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码同时，计算OBU认证码；步骤2，RSU下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据；步骤3，OBU确认OBU认证码验证成功后，执行ESAM/ICC认证。
所述步骤1中，RSU以自身BeaconID和OBU的MACID作为认证因子计算OBU认证码。
一种实施例中，所述ESAM/ICC认证指令帧包括：一次发行、二次发行、激活、ETC交易过程中，涉及的ESAM/ICC替换密钥指令、ESAM/ICC外部认证指令、采用安全报文模式读写ESAM/ICC指令。
一种实施例中，所述OBU认证码为OBU对RSU的认证信息，具体计算方式包括：以RSU的4字节BeaconID、OBU的4字节MACID、RSU的4字节BeaconID、OBU的4字节MACID组成的16字节数据为加密密钥，以所述ESAM/ICC认证操作指令采用的随机数为报文，经过RSU、OBU内部Triple DES运算模块进行加解密运算。
一种实施例中，所述RSU下发带有OBU认证指令和
ESAM/ICC认证指令的带链接拼帧空中帧，第一帧为OBU指令通道，指令为OBU认证指令，拼帧第二帧为ESAM/ICC指令通道，指令为ESAM/ICC认证指令；第一帧执行成功第二帧才继续执行，第一帧执行失败则第二帧不再执行。
一种实施例中，OBU接收处理所述带有OBU认证指令和ESAM/ICC认证指令的空中帧，若OBU验证OBU认证码失败，则OBU日志存储区保存错误信息包括：错误状态、RSU的BeaconID、当前ESAM/ICC认证指令。
一种实施例中，OBU验证OBU认证码所用随机数需为有效随机数，即最后一次向ESAM/ICC取的随机数。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种ETC系统，包括以RSU设备和OBU设备；
其中，所述RSU设备用于通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码同时，计算OBU认证码，并且用于下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据；所述OBU设备用于确认OBU认证码验证成功后，执行ESAM/ICC认证。
所述RSU设备包括：DSRC通讯模块，用于与OBU之间DSRC通讯，发送接收空中帧数据；第一Triple DES运算模块，用于RSU计算OBU认证码。
所述OBU设备，包括：DSRC通讯模块，用于与RSU之间DSRC通讯，发送接收空中帧数据；第二Triple DES运算模块，用于OBU验证OBU认证码；日志记录模块：用于在OBU验证OBU认证码失败时，将相应的错误信息记录在OBU内的存储区域。
通过上述技术方案，本申请在ESAM/ICC认证指令执行之前，增加了OBU认证码验证，相当对ESAM/ICC增加一层防护。相较于现有技术方案，本方案避免了ESAM/ICC直接验证可能错误的认证码，从而减少了ETC实际应用中因多台设备干扰、随机数失效等原因导致的ESAM/ICC认证锁卡问题，降低ETC产品的故障率。另外，本方案利用保留的指令通道传输OBU认证码，不需生成新的交互帧，不影响现有的扣费交易过程的正常进行，与目前电子不停车收费系统的扣费交易过程具有兼容性和一致性，有利于ETC的推广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种实施例的防锁卡安全认证方法示意图；
图2为本申请一种实施例的带链接拼帧空中帧交互流程图；
图3为本申请一种实施例的带链接拼帧帧格式示意图；
图4为本申请一种实施例的不拼帧空中帧交互流程图；
图5为本申请一种实施例的天线设备结构示意图；
图6为本申请一种实施例的车载电子标签设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一：
本实施例提供一种防锁卡的安全认证方法，该方法可应用于DSRC通讯中涉及的ESAM/ICC安全认证操作，参照图1，该方法包括：
步骤S101，RSU通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码同时，以自身BeaconID和OBU的MACID作为认证因子计算OBU认证码；步骤S102，RSU下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据；步骤S103，OBU进行OBU认证码验证，成功则继续执行ESAM/ICC认证,否则不再执行。
具体的，步骤S101中，RSU在认证OBU的ESAM/ICC前，下发ESAM/ICC取随机数指令，RSU接收到回复的随机数后，传给PSAM卡计算ESAM/ICC认证码；同时，RSU以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID组成的16字节数据作为密钥，对随机数进行Triple DES加密运算得到OBU认证码。
对于非ESAM/ICC认证指令，指令执行失败不涉及ESAM/ICC锁卡问题，RSU则不必计算OBU认证码，以避免不必要的数据运算传输事件。所述ESAM/ICC认证指令帧包括：一次发行、二次发行、激活、ETC交易过程中，涉及的ESAM/ICC替换密钥指令、ESAM/ICC外部认证指令、采用安全报文模式读写ESAM/ICC指令。
其中，步骤S102，RSU下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据。
具体的，如图2所示，RSU下发带链接的拼帧TransferChannel.rq UTransferChannel.rq，本领域技术人员可以理解，带有链接拼帧LSDU1与LSDU2中段字头的PDU编号相同，参考图3的帧格式，其中LSDU1为OBU指令通道，APDU指令为OBU认证指令，LSDU2为ESAM/ICC指令通道，APDU指令为ESAM/ICC认证指令，LSDU1中APDU指令执行成功才继续执行LSDU2中APDU指令，否则不再执行，返回相应错误码。其中，RSU可采用带链接拼帧方式下发OBU认证指令和ESAM/ICC认证指令，拼帧第一帧为OBU指令通道，指令为OBU认证指令，拼帧第二帧为ESAM/ICC指令通道，指令为ESAM/ICC认证指令；第一帧执行成功第二帧才继续执行，否则不再执行。
可选的，RSU也可以采用另外一种不拼帧方式实现OBU认证码和ESAM/ICC认证码验证，如图4所示，首先下发第一帧TransferChannel.rq，通道号为OBU指令通道，指令为OBU认证指令；若OBU回复的TransferChannel.rs中指令执行状态为9000，表示OBU认证码验证通过，继续下发第二帧TransferChannel.rq，通道号为ESAM/ICC指令通道，执行ESAM/ICC认证；若OBU回复的TransferChannel.rs中指令执行状态为非9000，表示OBU认证码验证不通过，RSU不再下发ESAM/ICC认证指令。
步骤S103，OBU进行OBU认证码验证，成功则继续执行ESAM/ICC认证,否则不再执行。其中，OBU验证OBU认证码所用随机数需为有效随机数，即最后一次向ESAM/ICC取的随机数。
具体的，OBU首先以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID组成的16字节数据作为密钥，对OBU认证码进行Triple DES解密运算得到解密后数据，将解密后数据与ESAM/ICC取的有效随机数进行比对，一致则OBU认证码验证通过，继续执行ESAM/ICC认证，否则不再执行；
实施例二：
本实施例提供了一种ETC系统，包括：
RSU设备，如图5所示，包括：DSRC通讯模块51，用于与OBU之间DSRC通讯，发送接收空中帧数据；Triple DES运算模块52，用于RSU计算OBU认证码；
OBU设备，如图6所示，包括：DSRC通讯模块61，用于与RSU之间DSRC通讯，发送接收空中帧数据；Triple DES运算模块62，用于OBU验证OBU认证码；日志记录模块63：用于在OBU验证OBU认证码失败时，将相应的错误信息记录在OBU内的存储区域；
优选的，所述RSU设备DSRC通讯模块51通过与所述OBU设备DSRC通讯模块61完成空中帧数据交互，实现RSU与OBU之间DSRC通讯，具体用于：
RSU在通讯区域内发送带14K方波的信标服务表(BST)信号，以唤醒通讯区域内的OBU设备，唤醒后OBU回复车辆服务表(VST)信号，RSU下发后续操作数据帧，至此，RSU与OBU建立通讯链路。
RSU以建立链路OBU的MACID为MACID下发读车辆信息帧(GetSecure.rq)、透明传输帧(TransferChannel.rq)、用户提示帧(SetMMI.rq)、释放链路帧(EventReport)，OBU接收各帧并进行相应处理，回复读车辆信息帧(GetSecure.rs)、透明传输帧(TransferChannel.rs)、用户提示帧(SetMMI.rs)，以完成一次发行、二次发行、激活、交易等操作。
优选的，所述RSU设备Triple DES运算模块52与所述OBU设备Triple DES运算模块62用于计算、验证OBU认证码，具体步骤包括：
RSU设备以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID组成的16字节数据作为密钥，以ESAM/ICC取的随机数作为报文，输入TripleDES运算模块，经过Triple DES加密运算得到OBU认证码，具体Triple DES运算算法不在本申请阐述内；
OBU设备以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID组成的16字节数据作为密钥，以OBU认证码作为报文，输入Triple DES运算模块，经过Triple DES解密运算得到解密后明文数据，将明文数据与ESAM/ICC取的有效随机数进行对比，从而完成OBU认证码验证。
优选的，所述OBU设备日志记录模块63，用于在OBU验证OBU认证码失败时，将相应的错误信息记录在OBU内的存储区域，有助于OBU厂家技术人员解析定位OBU使用中问题，还原OBU与RSU的交互流程。
可选的，存储的错误信息包括：RSU的BeaconID、最后一帧BST中的Unixtime、相应ESAM/ICC认证操作指令、每条信息CRC数据校验。
综上所述，本申请实施例提供的路侧控制设备、车载电子标签设备及安全认证方法具有以下有益效果：
在ESAM/ICC认证指令前增加OBU认证码验证的一种防锁卡的安全认证方法，可以实现OBU与RSU点对点交互，可以规避因多台设备干扰、ESAM/ICC随机数失效导致的ESAM/ICC锁卡问题，降低ETC产品的返品率；
RSU与OBU之间OBU认证码的传输以带链接拼帧TransferChannel.rq UTransferChannel.rq或不拼帧TransferChannel.rq的保留通道传输，不需生成新的交互帧，能够与目前ETC系统的发行、交易流程进行兼容，能够方便的应用于现有的ETC系统中；
OBU验证OBU认证码失败时存储的错误信息日志，可以有助于OBU厂家技术人员解析定位问题，还原OBU与RSU的交互流程。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种防锁卡的安全认证方法，其特征在于，包括：
步骤1，RSU通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码同时，计算OBU认证码；
步骤2，RSU下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据；
步骤3，OBU确认OBU认证码验证成功后，执行ESAM/ICC认证。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，RSU以自身BeaconID和OBU的MACID作为认证因子计算OBU认证码。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：
步骤11，RSU在认证OBU的ESAM/ICC前，下发获取ESAM/ICC随机数指令，通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码；同时，
步骤12，RSU以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID作为密钥，对随机数进行Triple DES加密运算，得到OBU认证码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
RSU可采用带链接拼帧方式下发OBU认证指令和ESAM/ICC认证指令，拼帧第一帧为OBU指令通道，指令为OBU认证指令，拼帧第二帧为ESAM/ICC指令通道，指令为ESAM/ICC认证指令；第一帧执行成功第二帧才继续执行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
RSU采用不拼帧方式下发OBU认证指令和ESAM/ICC认证指令，首先下发OBU指令通道空中帧，指令为OBU认证指令，OBU验证OBU认证码并返回执行状态，RSU下发ESAM/ICC指令通道空中帧，指令为ESAM/ICC认证指令，OBU根据OBU认证码验证结果确定是否执行ESAM/ICC认证指令。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，OBU验证OBU认证码所用随机数为最后一次向ESAM/ICC取的随机数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3进一步包括：
OBU以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID组成数据作为密钥，对OBU认证码进行Triple DES解密运算得到解密后数据；
将解密后数据与ESAM/ICC取的有效随机数进行比对，一致则OBU认证码验证通过。
8.一种防锁卡的ETC系统，其特征在于，包括：RSU设备和OBU设备；
其中，所述RSU设备用于通过PSAM卡计算ESAM/ICC认证码同时，计算OBU认证码，并且用于下发携带OBU认证码和ESAM/ICC认证码的空中帧数据；
所述OBU设备用于确认OBU认证码验证成功后，执行ESAM/ICC认证。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述RSU设备包括：DSRC通讯模块，用于与OBU之间DSRC通讯，发送接收空中帧数据；第一Triple DES运算模块，用于RSU计算OBU认证码；
所述OBU设备，包括：DSRC通讯模块，用于与RSU之间DSRC通讯，发送接收空中帧数据；第二Triple DES运算模块，用于OBU验证OBU认证码；日志记录模块：用于在OBU验证OBU认证码失败时，将相应的错误信息记录在OBU内的存储区域。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一Triple DES运算模块用于以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID作为密钥，对随机数进行Triple DES加密运算，得到OBU认证码。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二Triple DES运算模块用于以4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID+4字节RSU的BeaconID+4字节OBU的MACID组成数据作为密钥，对OBU认证码进行Triple DES解密运算得到解密后数据；
将解密后数据与ESAM/ICC取的有效随机数进行比对，一致则OBU认证码验证通过。
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