CN109587638A - 基于轨迹信息的车辆共存认证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车联网上基于轨迹信息的车辆共存认证方法，主要解决了现有车辆共存认证中认证条件不充分、安全性能差问题。本发明实现步骤是：(1)建立车队与车辆的通信；(2)采集将来轨迹数据；(3)比较将来轨迹数据；(4)采集行驶轨迹数据；(5)比较行驶轨迹数据。本发明与现有技术相比，采集水平方向和垂直方向加速度的数据以及角速度数据，实现车辆与车队的共存认证，有效解决共存认证条件不充分，同时也提高了共存认证效率，能更好的适用于车辆共存认证系统。

Description

基于轨迹信息的车辆共存认证方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及车联网技术领域中的一种基于轨迹信息的车辆共存认证方法。本发明在采集车辆将来轨迹的前提下，采集车辆的加速度传感器和陀螺仪传感器的数据作为行驶轨迹，进行轨迹数据的相似性匹配，从而验证车辆共存。
背景技术
车辆共存是指在兼顾道路交通安全与效率的前提下，充分利用道路条件，将若干单车组成车队，使其不仅具有速度快、间距小等特点，还能根据不同道路条件，通过车队成员之间的协调与合作，一方面简化交通控制与管理的复杂程度，有效减缓交通拥堵；另一方面可以减少由人为因素所致的交通事故，保证交通安全，并在此基础上节约能源，减少环境污染。但车辆共存认证过程中也存在着诸多隐患。例如，攻击者试图将一个或多个虚假的车辆插入车队中，以扰乱车队的正常秩序，满足自己私人的利益。因此，在车辆申请加入车队的过程中验证车辆的真实性，从而进行共存认证十分必要。
大众汽车有限公司在其申请的专利文献“确定协同和/或自主驾驶的共同环境信息的方法及车辆”(申请号：CN201710513090.8，申请公布号：CN 107545756A)中提出一种基于共同环境信息的车辆共存认证方法。该方法首先是将装备有通信模块和环境监测系统的车辆，生成关于未装备通信模块的车辆的报告，并将该报告发送给处于相关区域中的车辆或在相关区域中移动的车辆，然后验证共同环境信息，从而进行车辆共存认证。该方法存在的不足之处是，车辆共存认证过程中认证时间复杂度高。
Jun Han，Madhumitha Harishankar and Xiao Wang等人在其发表的论文“Convoy:Physical Context Verification for Vehicle Platoon Admission”(ACMTransactions on Internet Technology 2017)中提出一种将路面信息作为上下文参数验证车辆共存的方法。该方法是将车辆的数字证书与其物理环境绑定，捕获一起行驶的车辆和车队所经历的环境并生成指纹，建立共享秘钥，使车辆与车队进行安全通信，然后验证车辆与车队的物理距离，从而进行车辆共存认证。该方法存在的不足之处是，很难评估物理环境这种属性的熵，而且不能提供足够的安全性度量。
Vaas Christian，Juuti Mika and Asokan N.等人在其发表的论文“Get inLine:Ongoing Co-Presence Verification of a Vehicle Formation Based on DrivingTrajectories”(IEEE European Symposium on Security and Privacy 2018)中提出一种利用道路网络中的轨迹特征验证车辆共存的方法。该方法是利用道路网络中的轨迹特征，在车辆与车队共享同一条路径前提下，采集车辆和车队的陀螺仪传感器数据进行相似性匹配，从而进行车辆共存认证。该方法存在的不足之处是，车辆行驶过程中，每辆车的陀螺仪传感器检测到的各自的数据变化太慢，容易被攻击者预测。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于轨迹信息的车辆共存认证方法，解决了现有技术中共存认证过程中的认证时间复杂度高、安全性能差的问题。
实现本发明目的的思路是，在采集车辆将来轨迹的前提下，采集车辆的加速度传感器和陀螺仪传感器的数据作为行驶轨迹，进行轨迹数据的相似性匹配，从而验证车辆共存。
本发明的具体步骤包括如下：
(1)建立车辆与车队通信：
(1a)车队在行驶过程中周期性广播信标消息；
(1b)车辆感知到车队广播的消息后，广播请求连接车队的WIFI热点的信号；
(2)将来轨迹数据：
(2a)车队和车辆分别利用各自的车载导航系统，根据各自的目的地进行导航得到驾驶路线，车队和车辆记录驾驶路线上即将行驶的1公里的将来轨迹数据；
(2b)车队和车辆分别使用哈希函数，对各自的将来轨迹数据处理，得到哈希值，车辆将其哈希值发送给车队；
(3)判断车队接受到车辆的哈希值是否与其哈希值相等，若是，执行步骤(4)；否则，执行步骤(1)；
(4)采集行驶轨迹数据：
(4a)车队和车辆采集各自水平方向和垂直方向加速度的数据以及垂直方向陀螺仪的数据；
(4b)车队和车辆分别对水平方向和垂直方向加速度的数据进行降噪和二值化处理；使用移动平均过滤方法，对垂直方向陀螺仪的数据进行平滑和二值化处理；
(5)判断车队和车辆各自采集的行驶轨迹数据量是否达到128000，若是，执行步骤(6)；否则，执行步骤(4)；
(6)处理行驶轨迹数据：
(6a)车辆使用线性纠错码，处理其行驶轨迹数据得到校正子，使用哈希函数处理其行驶轨迹数据得到哈希值，将校正子和哈希值拼接得到附加信息，车辆将附加信息发送给车队；
(6b)车队使用附加信息中的校正子和其行驶行驶轨迹相乘，得到纠正后的行驶轨迹，使用哈希函数处理纠正后的行驶轨迹，得到车队的哈希值；
(7)判断车队哈希值与附加信息中的哈希值是否相等，若是，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(1)；
(8)车辆和车队共存认证成功，车队允许车辆加入。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第一，本发明提出车队和车辆各自采集水平方向和垂直方向加速度的数据以及垂直方向陀螺仪的数据，将加速度传感器和陀螺仪传感器相结合作为共存认证条件，克服了现有技术中车辆共存认证过程中安全性能差的问题，使得本发明的车辆共存认证安全性更强。
第二，本发明提出在车辆与车队的哈希值不相等的情况下，结束此次车辆共存认证。将来轨迹不匹配说明车辆与车队不具有空间的邻近性，不必要进行下一阶段的行驶轨迹数据采集，克服了现有技术中车辆共存认证过程中认证时间复杂度高的问题，使得本发明的车辆共存认证效率更高。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1，对本发明的具体步骤做进一步描述：
步骤1，建立车辆与车队的通信。
车队在行驶过程中周期性广播信标消息。
车辆感知到车队广播的消息后，广播请求连接车队的WIFI热点的信号。
步骤2，采集将来轨迹数据。
车队和车辆分别利用各自的车载导航系统，根据各自的目的地进行导航得到驾驶路线，车队和车辆记录驾驶路线上即将行驶的1公里的将来轨迹数据。
车队和车辆分别使用哈希函数，对各自的将来轨迹数据处理，得到哈希值，车辆将其哈希值发送给车队。
步骤3，判断车队接收到车辆的哈希值是否与其哈希值相等，若是，执行步骤4，否则，执行步骤1。
步骤4，采集行驶轨迹数据。
车队和车辆采集各自水平方向和垂直方向加速度的数据以及垂直方向陀螺仪的数据。
车队和车辆分别对水平方向和垂直方向加速度的数据进行降噪和二值化处理；使用移动平均过滤方法，对垂直方向陀螺仪的数据进行平滑和二值化处理。
所述的二值化处理是指：将降噪后水平方向和垂直方向加速度传感器数据取绝对值后与阈值0.1比较：如果大于0.1，令其值为1；否则，为0；将平滑处理后的垂直方向陀螺仪数据与阈值0.1和-0.1比较：如果大于0.1，令其值为01；如果小于-0.1，为10；否则，为00。
步骤5，判断车队和车辆各自采集的行驶轨迹数据量是否达到128000，若是，执行步骤，否则，执行步骤。
步骤6，处理行驶轨迹数据。
车辆使用线性纠错码处理其行驶轨迹数据得到多项式，多项式的系数为校正子，使用哈希函数处理其行驶轨迹得到哈希值，将校正子和哈希值拼接得到附加信息，然后将其附加信息发送给车队。
车队使用附加信息中的校正子和其行驶轨迹相乘，得到纠正后的行驶轨迹，使用哈希函数处理纠正后的行驶轨迹，得到车队哈希值。
步骤7，判断车队哈希值与附加信息中的哈希值是否相等，若是，执行步骤8；否则，执行步骤1。
步骤8，车辆和车队共存认证成功，车队允许车辆加入。

Claims (2)

1.一种基于轨迹信息的车辆共存认证方法，其特征在于，车队和车辆采集各自的加速度传感器和陀螺仪传感器的数据，然后进行两组数据的相似性匹配，从而验证车辆共存，该方法具体步骤包括如下：
(1)建立车辆与车队通信：
(1a)车队在行驶过程中周期性广播信标消息；
(1b)车辆感知到车队广播的消息后，广播请求连接车队的WIFI热点的信号；
(2)采集将来轨迹数据：
(2a)车队和车辆分别利用各自的车载导航系统，根据各自的目的地进行导航得到驾驶路线，车队和车辆记录驾驶路线上即将行驶的1公里的将来轨迹数据；
(2b)车队和车辆分别使用哈希函数，处理各自的将来轨迹数据，得到哈希值，车辆将其哈希值发送给车队；
(3)判断车队接受到车辆的哈希值是否与车队的哈希值相等，若是，执行步骤(4)；否则，执行步骤(1)；
(4)采集行驶轨迹数据：
(4a)车队和车辆采集各自水平方向和垂直方向加速度的数据以及垂直方向陀螺仪的数据；
(4b)车队和车辆分别对水平方向和垂直方向加速度的数据进行降噪和二值化处理；使用移动平均过滤方法，对垂直方向陀螺仪的数据进行平滑和二值化处理；
(5)判断车队和车辆各自采集的行驶轨迹数据量是否达到128000，若是，则执行步骤(6)；否则，执行步骤(4)；
(6)处理行驶轨迹数据：
(6a)车辆使用线性纠错码，处理其行驶轨迹数据得到校正子，使用哈希函数处理其行驶轨迹数据得到哈希值，将校正子和哈希值拼接得到附加信息，车辆将附加信息发送给车队；
(6b)车队将附加信息中的校正子与其行驶行驶轨迹相乘，得到纠正后的行驶轨迹，使用哈希函数处理纠正后的行驶轨迹，得到车队的哈希值；
(7)判断车队哈希值与附加信息中的哈希值是否相等，若是，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(1)；
(8)车辆和车队共存认证成功，车队允许车辆加入。
2.根据权利要求1所述的基于轨迹信息的车辆共存认证方法，其特征在于：步骤(4b)中所述的二值化处理是指：将降噪后水平方向和垂直方向加速度传感器数据取绝对值后与阈值0.1比较：如果大于0.1，令其值为1；否则，为0；将平滑处理后的陀螺仪数据与阈值0.1和-0.1比较：如果大于0.1，令其值为01；如果小于-0.1，为10；否则，为00。
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