CN106572088B - 一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法 - Google Patents

一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法，属于信息安全领域。该方法中，需要变换假名的车辆vi向路边单元提出变换假名的请求，由路边单元通知附近车辆和群主配合该车辆进行假名的变换。再由路边单元向vi发送临时身份TIDi，群主向vi发送群公钥GPK和群私钥GSK。vi在群中利用临时身份进行假名变换请求信息的广播，同时利用群公钥进行beacon信息的发送。其中，群主由被授权的路边单元担当。群主中存储着n个虚拟用户的信息，在收到假名变换的消息后，便模拟正常车辆响应此消息。vi在接收到的响应消息中挑选假名替换掉旧假名。该方法相比已有的模型更具灵活性，解决了车辆在变换假名期间需要的车辆密度问题。

Description

一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法
技术领域
本发明涉及信息安全领域，具体为车载自组织网络隐私保护中一种基于虚拟用户的假名变换的方法。
背景技术
道路安全如今已经成为社会热点问题之一，越来越多的车辆生产商选择为车辆配备无线通信设备和智能计算设备，由此产生了车载自组织网络(Vehicular Ad-hocNetwork，VANET)。车载自组织网络是由车载单元(OBU:On Board Unit)和路边单元(RSU:Road Side Unit)组成的自组织网络。其中，车载单元允许车辆与车辆和车辆与路边单元的通信，路边单元允许车辆与其他基础服务设施的通信。车载自组网络的建立使得道路上的车辆形成智能交通网络，提高了道路安全性，增强了信息共享功能。
作为新兴技术的一种，车载自组网络同样面临着安全威胁。与传统的移动自组织网络相比，车载自组网络拓扑结构变化速度更快，节点不能维持稳定的连接，有关车辆的隐私泄露的可能性更大。这就要求在设计车载自组网络的同时，要兼顾用户对隐私保护的需求。实际上，在车辆行驶的过程中，需要保持定期广播包括当前位置、方向和速度等的信标信息，如果使用车辆的真实身份，隐私将会很容易泄露，而使用假名能够有效的保护隐私。
2011年，Palanisamy等人提出混合区的位置是固定的，且需要k辆车参与形成k匿名区。2005年，Huang等人提出了使用了静默期，即假名交换时不向外广播任何信息，这种方法能够掩盖新旧假名时间和空间上的联系。但静默期的选择是困难的，因此2009年，Buttyan等人将车辆的速度作为静默期的选择标准，低速时交通事故较少，遂将静默期设置在低速时。对于加密方案来说，2007年，Freudiger等人提出了CMIX(Cryptographic MIX-zone)协议，即创建对称密钥k并作为混合区的空间密钥，由RSU分发给进入混合区的合法车辆。车辆在混合区中发送的信息都必须经过加密才能发送。以上混合区的大小和位置都是固定的，而2013年，Ying等人设计了动态混合区(DMLP:全文)。在DMLP中，假名即将过期的车辆能够动态的申请建立混合区，由控制中心计算决定混合区的大小，再通知其他被包含在混合区中的车辆。由此，目标车辆就能够动态的更换假名。进而2015年，Ying等人在使用动态混合区的同时又考虑到了自私车辆，即不愿与同一混合区的其他车辆交换假名的车辆，提出了声誉模型，较好的完善了交换假名的制度。
1991年，Chaum等人提出了群签名的三个特性：只有群成员能够签名信息；信息接收者只能验证不能具体判断信息发送者为哪位群成员；签名能够被打开。在2000年，Ateniese等人提出群签名的属性被进一步明确为正确性、不可伪造性、匿名性、无关联性、防陷害性和可追踪性。2007年，Lin等人将群签名扩展并运用到车载自组网中，将群管理员划分为群成员关系管理员及追踪管理员，降低了证书的存储开销，同时提高了隐私的保护和道路安全的维护。
然而无论是哪种混合区方法，目标车辆在更换假名期间都需要一定数量的相邻车辆。而群签名也只是在更换群的时候更换的假名，因为群中的每个群成员均使用群公钥作为假名。在现实生活中，目标车辆不可能随时拥有适合数量的相邻车辆，而只在更换群的时候变换假名又使得假名的使用非常不灵活。
康嘉文使用了混合区与群签名的混合方法，因此，提供一种在此基础上使用虚拟用户解决车辆密度问题；假名到期的用户可以动态申请入群，即使周围的车辆数目较少，也能够在虚拟用户的协助下完成假名的变换工作的方法，已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明的提供了一种车载自组织网络隐私保护中利用虚拟用户完成假名变换的方法，以解决传统假名变换方法中车辆密度问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法，具体步骤如下：第一步：对系统模型中的路边单元、群主进行初始化，其中，群主由被授权的路边单元担当，群主中存储的为n个虚拟用户的信息；第二步：需要变换假名的车辆vi向路边单元提出变换假名的请求，由路边单元通知附近车辆和群主配合该车辆进行假名的变换；再由路边单元向vi发送临时身份TIDi，群主向vi发送群公钥GPK和群私钥GSK；第三步：vi在群中利用临时身份进行假名变换请求信息的广播，同时利用群公钥进行beacon信息的发送，群主在收到假名变换的消息后，便模拟正常车辆响应此消息；vi在接收到的响应消息中挑选假名替换掉旧假名；第四步：假名变换完成后群主即可释放虚拟用户列表中的资源；
所述的vi用旧假名提出假名变换请求并附上自己的证书Certi，路边单元在决定是否建立群前需要验证vi的证书是否合法；若证书验证通过则建立假名变换群，若验证不通过则不响应此消息。
所述的群主由被授权的路边单元担当，其中存储n组数据用来模拟正常车辆；在收到假名变换请求后，由n组数据形成虚拟用户列表list＝{n1,n2,n3,......,nn}，响应假名变换请求；其中，群主中存储的n组数据由可信中心发布；
所述假名变换方法中，vi能够通过多次变换假名提升隐私的保护；由于群中有n个虚拟用户，而虚拟用户是由可信中心发布的，因此vi至少有(n≤m)的概率得到安全的假名；其中m为群中所有用户的总数；
在通信过程中每个消息的发送者都要对消息进行签名，而接收者则需要对消息进行验证。
积极有益效果：在现有的技术中，以假名变换为基础的隐私保护方法均存在车辆密度不可控问题。如果车辆密度过大，将会造成负载过重；如果车辆密度过小，将会大大降低隐私保护程度。本发明利用虚拟用户来实现假名的变换，使得车辆密度处于可控状态，能够根据应用场景的不同设置适合数量的虚拟用户来达到控制车辆密度的目的。
附图表说明
图1是假名变换群的建立过程图；
图2是假名交换过程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的说明：
一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法，具体步骤如下：第一步：对系统模型中的路边单元、群主进行初始化，其中，群主由被授权的路边单元担当，群主中存储的为n个虚拟用户的信息；第二步：需要变换假名的车辆vi向路边单元提出变换假名的请求，由路边单元通知附近车辆和群主配合该车辆进行假名的变换；再由路边单元向vi发送临时身份TIDi，群主向vi发送群公钥GPK和群私钥GSK；第三步：vi在群中利用临时身份进行假名变换请求信息的广播，同时利用群公钥进行beacon信息的发送，群主在收到假名变换的消息后，便模拟正常车辆响应此消息；vi在接收到的响应消息中挑选假名替换掉旧假名；第四步：假名变换完成后群主即可释放虚拟用户列表中的资源；
所述的vi用旧假名提出假名变换请求并附上自己的证书Certi，路边单元在决定是否建立群前需要验证vi的证书是否合法；若证书验证通过则建立假名变换群，若验证不通过则不响应此消息。
所述的群主由被授权的路边单元担当，其中存储n组数据用来模拟正常车辆；在收到假名变换请求后，由n组数据形成虚拟用户列表list＝{n1,n2,n3,......,nn}，响应假名变换请求；其中，群主中存储的n组数据由可信中心发布；
所述假名变换方法中，vi能够通过多次变换假名提升隐私的保护；由于群中有n个虚拟用户，而虚拟用户是由可信中心发布的，因此vi至少有(n≤m)的概率得到安全的假名；其中m为群中所有用户的总数；
1、系统初始化
车辆vi在TA处注册成为合法车辆，TA为其分发证书Certi、公钥PKi、私钥SKi。同时TA还为车辆vi发布m个假名每个假名对应的公钥私钥和证书TA为群主分发证书以及假名资源池，假名资源池包含了正常用户发送信息所需要的属性值，即被授权的RSU能够模仿正常用户进行通信。
2、群成员的加入
如图1、图2所示，车辆vi在检测到假名即将到期时发出更换假名的请求信息，RSU收到信息后验证车辆vi是否为合法车辆，如果合法再将自己的证书连同申请信息发送给群主，群主由被授权的RSU充当。由群主分发群公私钥，RSU分发临时身份及其对应的公私钥。具体过程如下：
(1)vi检测假名PIDi,k-1是否到期，若即将到期，则向RSU发送申请入群消息(时间戳)。
(2)RSU验证若验证通过则将发送至群主，并向vi发送临时身份TIDi及其公钥和私钥若验证不通过则不做响应。
(3)群主收到信息即从假名资源池中抽取n组数据形成虚拟用户列表，每组数据形成beacon信息模式向外广播，并向群成员发布群公钥GPK和群私钥GSK。
3、假名的变换
在群中，车辆vi使用群公钥广播信标信息，使用临时身份广播假名交换请求。临近的车辆和被授权的RSU收到信息后，即可进行假名的变换。假名变换完成后由RSU发送车辆vi的新旧假名到TA，更新注册列表。具体过程如下：
(1)vi广播假名变换请求信息其中为vi的签名。
(2)邻近车辆和群主收到信息后验证若验证通过则响应假名交换请求；若验证不通过则不响应。
(3)参与假名变换的车辆将假名用群公钥GPK加密，将响应信息PID||Sign||pseudonym||TS发送给vi。
(4)vi收到信息后验证Sign||TS，若验证通过则选择其中一个pseudonym替换掉PIDi,k-1；若验证不通过则舍弃该条信息。
(5)vi将发送至RSU，RSU验证后通过将RID||PIDi,k-1||pseudonym||CertRSU||TS发送至TA，TA验证通过后更新注册列表。
4、群成员的撤销
车辆vi完成假名更换后，被群主即可回收n组假名资源到资源池，销毁虚拟用户列表。
5、群成员的追责
若发现有违规车辆，RSU或者其他车辆均可进行检举。若在群内，RSU和车辆需记录该违规车辆的违规内容和自己的证书及签名发送给RSU，由RSU发送到TA，TA即可根据车辆的注册信息找出此违规车辆的真实身份，并将其发送到各个RSU以达到全网封禁。若在群外，则需要RSU和车辆记录违规信息、假名和假名证书及证书发送给RSU。再由RSU发送到TA，TA找出该违规车辆的真实身份后将其发送到各个RSU以达到全网封禁。
在现有的技术中，以假名变换为基础的隐私保护方法均存在车辆密度不可控问题。如果车辆密度过大，将会造成负载过重；如果车辆密度过小，将会大大降低隐私保护程度。本发明利用虚拟用户来实现假名的变换，使得车辆密度处于可控状态，能够根据应用场景的不同设置适合数量的虚拟用户来达到控制车辆密度的目的。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于虚拟用户的车载自组织网络假名变换方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：对系统模型中的路边单元、群主进行初始化，其中，群主由被授权的路边单元担当，群主中存储的为n个虚拟用户的信息；第二步：需要变换假名的车辆vi向路边单元提出变换假名的请求，由路边单元通知附近车辆和群主配合该车辆进行假名的变换；再由路边单元向vi发送临时身份TIDi，群主向vi发送群公钥GPK和群私钥GSK；第三步：vi在群中利用临时身份进行假名变换请求信息的广播，同时利用群公钥进行beacon信息的发送，群主在收到假名变换的消息后，便模拟正常车辆响应此消息；vi在接收到的响应消息中挑选假名替换掉旧假名；第四步：假名变换完成后群主即可释放虚拟用户列表中的资源。
2.根据权利要求1所述的假名变换方法，其特征在于：所述的vi用旧假名提出假名变换请求并附上自己的证书Certi，路边单元在决定是否建立群前需要验证vi的证书是否合法；若证书验证通过则建立假名变换群，若验证不通过则不响应此消息。
3.根据权利要求1所述的假名变换方法，其特征在于：所述的群主由被授权的路边单元担当，其中存储n组数据用来模拟正常车辆；在收到假名变换请求后，由n组数据形成虚拟用户列表list＝{n1,n2,n3,......,nn}，响应假名变换请求；其中，群主中存储的n组数据由可信中心发布。
4.根据权利要求1所述的假名变换方法，其特征在于：所述假名变换方法中，vi能够通过多次变换假名提升隐私的保护；由于群中有n个虚拟用户，而虚拟用户是由可信中心发布的，因此vi至少有的概率得到安全的假名；其中m为群中所有用户的总数。
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