CN110139244B - 一种基于边缘计算中心的v2v安全认证结构及其认证流程 - Google Patents

一种基于边缘计算中心的v2v安全认证结构及其认证流程 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构，其技术方案要点是：包括智能行驶车辆、省级信息中心和道路边缘计算中心；所述道路边缘计算中心对某条道路上的智能行驶车辆编号，通过道路边缘计算中心将各个智能行驶车辆的加密公钥进行广播发放；所述道路边缘计算中心为服务某条或多条道路建设的边缘计算中心，所述道路边缘计算中心汇集某条或多条道路覆盖下的所有物联网设备设施、车辆、人员的静态和动态信息；所述道路边缘计算中心与某条或多条道路所覆盖的物联网设备设施之间可进行合法身份的安全认证；所述道路边缘计算中心上联到各个省级信息中心；通过采用该手段能够大幅度减少信息处理量和信息处理时间。

Description

一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构及其认证流程
技术领域
本发明涉及智能行驶领域，更具体的说，它涉及一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构及其认证流程。
背景技术
智能驾驶或自动驾驶在美国、欧洲已经基于DSRC技术开展了大量V2V(车辆与车辆信息交互)的应用、测试，国内主要依托LTE-V和5G移动通信网络大量开展C-V2X(包含，V2V车辆与车辆信息交互，V2I车辆与道路基础设施信息交互，V2P车辆与行人信息交互)的智能驾驶、自动驾驶测试和应用。总结来说，V2V是智能驾驶和自动驾驶领域不可缺少的一个研究方面内容。
智能驾驶以及自动驾驶场景模式属于5G移动通信大力支持的一类场景，即uRLLC(超高可靠超低时延通信)场景。此场景下，车辆速度最高可达到150km/h，车与车的关系也比较复杂，会在很短的时间内多辆车相互发生信息交互，而且能够避免恶意的信息交互。传统的ETC加密通信机制不再适合，一是不能满足在很短的时间内(10毫秒级别)基于相互安全认证后的信息交互，二是不能满足多车辆相互之间的安全认证和通信机制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构及其认证流程，以解决背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构，包括智能行驶车辆、省级信息中心和道路边缘计算中心；
所述道路边缘计算中心对某条道路上的智能行驶车辆编号，通过道路边缘计算中心将各个智能行驶车辆的加密公钥进行广播发放；
所述道路边缘计算中心为服务某条或多条道路建设的边缘计算中心，所述道路边缘计算中心汇集某条或多条道路覆盖下的所有物联网设备设施、车辆、人员的静态和动态信息；
所述道路边缘计算中心与某条或多条道路所覆盖的物联网设备设施之间可进行合法身份的安全认证，道路边缘计算中心与其所覆盖设备设施之间可进行安全信息交互；
所述道路边缘计算中心上联到各个省级信息中心，道路边缘计算中心之间信息交互由省级信息中心定义和控制。
进一步地，所述省级信息中心、各条道路的道路边缘计算中心、智能行驶车辆之间采用网络逻辑连接，省级信息中心与各个道路的道路边缘计算中心具有带宽超过100Mbit/s、延时低于100毫秒的网络连接，各个道路的道路边缘计算中心分别与道路上覆盖的运营商基站相连，智能行驶车辆通过基站相连接到道路边缘计算中心。
本发明还提供了一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，当智能行驶车辆从静止状态启动行驶时，其安全认证流程具体包括如下步骤：
S11、移动通信基站首先定位智能行驶车辆的位置，将智能行驶车辆的定位信息发送到省级信息中心，省级信息中心计算智能行驶车辆与道路边缘计算中心的距离，确定距离最近的多条道路的边缘计算中心，建立智能行驶车辆与这些道路边缘中心的通信；
S12、省级信息中心根据各个道路边缘计算中心与智能行驶车辆的直线距离标识优先级，距离越近优先级最高；
S13、智能行驶车辆与多条道路的边缘计算中心进行双向安全认证，智能行驶车辆根据安全通信需求，生成公钥密码算法的密钥对，将智能行驶车辆的公钥发送给关联的道路边缘计算中心；
S14、道路边缘计算中心在其管理范围内将智能行驶车辆分配临时唯一车辆编号以确定唯一标识，然后将智能行驶车辆的临时编号、公钥广播给此边缘计算中心下的其它智能行驶车辆，并将其它智能行驶车辆的临时编号和公钥广播给此智能行驶车辆；
S15、道路边缘计算中心将新进入的智能行驶车辆的相关信息报送给省级信息中心并记录其过程变化。
进一步地，所述智能行驶车辆在跨道路边缘计算中心覆盖下的安全认证流程具体包括如下步骤：
S21、道路边缘计算中心与基站组网过程中，道路一和道路二的道路边缘计算中心将道路一和道路二的边界位置上的一个或多个基站纳入两中心覆盖范围，形成两中心重叠区域；
S22、当智能行驶车辆进入边界区域时，道路一的道路边缘计算中心告知智能行驶车辆进入边界并做好切换准备；
S23、道路一的道路边缘计算中心同时告知道路二的道路边缘计算中心有智能行驶车辆进入其区域，同时将信息报送给省级信息中心；
S24、道路二的道路边缘计算中心与智能行驶车辆完成相互安全认证，同时给智能行驶车辆分配道路二的道路边缘计算中心覆盖范围下的临时车辆编号；
S25、道路二的道路边缘计算中心将智能行驶车辆的信息广播给其覆盖范围内的智能行驶车辆。
S26、道路二的道路边缘计算中心将覆盖范围下的所有智能行驶车辆信息广播给此智能行驶车辆；
S27、智能行驶车辆与道路一的道路边缘计算中心分配的临时编号进行信息交互，与道路二的道路边缘计算中心分配的临时编号进行信息交互；
S28、智能行驶车辆与道路一的道路边缘计算中心定期进行安全认证。
进一步地，所述S13中智能行驶车辆根据安全通信需求生成公钥密码算法的密钥对时所采用的公钥密码算法是SM2或RSA算法。
进一步地，同一道路边缘计算中心下的智能行驶车辆都与该道路边缘计算中心实现双向认证，并且均获得所有智能行驶车辆的编号以及公钥信息。
进一步的，当某智能行驶车辆TVID1需要信息交互时，首先向周边直接广播某些类型的信息需求，此信息中包含此智能行驶车辆的临时编号，当其周围某智能行驶车辆TVID2需要与之交互时，则选择智能行驶车辆TVID1的公钥对需要发送的信息进行加密并发送出去，智能行驶车辆TVID1采用自身的私钥进行解密并进行信息处理，然后用智能行驶车辆TVID2的公钥对需要发送的信息进行加密发送出去。
进一步的，智能行驶车辆TVID1和智能行驶车辆TVID2双方可通过终止交互的信息结束双方信息交互，且智能行驶车辆TVID1和智能行驶车辆TVID2双方在侦听信号一定时长后没有回复自行终止此次信息交互。
进一步，所述S24中道路二的道路边缘计算中心与智能行驶车辆通过数字签名完成相互安全认证。
进一步，所述省级信息中心确认智能行驶车辆已离开当前道路边缘计算中心覆盖区域，智能行驶车辆更新V2V车辆信息库，省级信息中心定期通知道路边缘计算中心更新车辆信息。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
一、通过采用5G移动通信为基础的道路边缘计算中心技术，基于某段、某路或多路建设道路边缘计算中心，通过道路边缘计算中心管理此路上的智能行驶车辆，为每个智能行驶车辆分配临时唯一编号，将交互的智能行驶车辆约束在一个或少量几个道路边缘计算中心的范围，大幅度减少信息处理量；
二、通过采用5G移动通信道路边缘计算中心技术，将智能行驶车辆之间的安全认证，转变为智能行驶车辆与边缘计算中心的安全认证，由于道路边缘计算中心管理一个范围的智能行驶车辆，基于边缘计算中心与智能行驶车辆的安全认证结果，减少每次智能行驶车辆信息交互之前的安全认证操作，减少信息处理时间；
三、通过采用5G移动通信道路边缘计算中心技术，通过道路边缘计算中心将智能行驶车辆的公钥提前广播到覆盖范围下的各个智能行驶车辆，减少智能行驶车辆信息交互之前的公钥传送操作，减少信息处理时间；
四、通过采用5G移动通信道路边缘计算中心技术，采用在多个道路边缘计算中心之间设置“切换区域”，提前完成智能行驶车辆消息交互前的安全认证、信息发布等工作，减少道路边缘计算中心切换过程中的处理时间，保障车辆之间信息交互的时间要求。
五、此技术方案既满足了智能行驶车辆行驶场景下的安全需求，同时满足了智能驾驶、自动驾驶场景下车辆之间信息交互的高可靠性和低延时特性需求，有助于推动V2V应用的推广使用。
附图说明
图1为基于道路边缘计算中心的V2V安全认证组网结构图；
图2为智能行驶车辆从静止状态启动时智能行驶车辆与道路边缘计算中心的安全认证和智能行驶车辆编号分配流程；
图3是图2中的认证秘钥展示；
图4为同一道路边缘计算中心覆盖下智能行驶车辆之间的信息安全交互流程；
图5是图4中的认证秘钥展示；
图6为跨道路边缘计算中心情况下智能行驶车辆行驶过程中的信息安全交互流程；
图7是图6中的认证秘钥展示。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构，包括智能行驶车辆、省级信息中心和道路边缘计算中心；
其中，道路边缘计算中心对某条道路上的智能行驶车辆编号，通过道路边缘计算中心将各个智能行驶车辆的加密公钥进行广播发放；
其中，道路边缘计算中心为服务某条或多条道路建设的边缘计算中心，道路边缘计算中心汇集某条或多条道路覆盖下的所有物联网设备设施、车辆、人员的静态和动态信息；
其中，道路边缘计算中心与某条或多条道路所覆盖的物联网设备设施之间可进行合法身份的安全认证，道路边缘计算中心与其所覆盖设备设施之间可进行安全信息交互；
且道路边缘计算中心上联到各个省级信息中心，道路边缘计算中心之间信息交互由省级信息中心定义和控制。
同时，省级信息中心、各条道路的道路边缘计算中心、智能行驶车辆之间采用网络逻辑连接，省级信息中心与各个道路的道路边缘计算中心具有带宽超过100Mbit/s、延时低于100毫秒的网络连接，各个道路的道路边缘计算中心分别与道路上覆盖的运营商基站相连，智能行驶车辆通过基站相连接到道路边缘计算中心。
实施例2
与实施例1的不同之处在于还提供了一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，当智能行驶车辆从静止状态启动行驶时，其安全认证流程具体包括如下步骤：
S11、移动通信基站首先定位智能行驶车辆的位置，将智能行驶车辆的定位信息发送到省级信息中心，省级信息中心计算智能行驶车辆与道路边缘计算中心的距离，确定距离最近的多条道路的边缘计算中心，建立智能行驶车辆与这些道路边缘中心的通信；
S12、省级信息中心根据各个道路边缘计算中心与智能行驶车辆的直线距离标识优先级，距离越近优先级最高；
S13、智能行驶车辆与多条道路的边缘计算中心进行双向安全认证，智能行驶车辆根据安全通信需求，生成公钥密码算法的密钥对，将智能行驶车辆的公钥发送给关联的道路边缘计算中心；
S14、道路边缘计算中心在其管理范围内将智能行驶车辆分配临时唯一车辆编号以确定唯一标识，然后将智能行驶车辆的临时编号、公钥广播给此边缘计算中心下的其它智能行驶车辆，并将其它智能行驶车辆的临时编号和公钥广播给此智能行驶车辆；
S15、道路边缘计算中心将新进入的智能行驶车辆的相关信息报送给省级信息中心并记录其过程变化。
其中，S13中智能行驶车辆根据安全通信需求生成公钥密码算法的密钥对时所采用的公钥密码算法是SM2或RSA算法。
其中，同一道路边缘计算中心下的智能行驶车辆都与该道路边缘计算中心实现双向认证，并且均获得所有智能行驶车辆的编号以及公钥信息。
其中，当某智能行驶车辆TVID1需要信息交互时，首先向周边直接广播某些类型的信息需求，此信息中包含此智能行驶车辆的临时编号，当其周围某智能行驶车辆TVID2需要与之交互时，则选择智能行驶车辆TVID1的公钥对需要发送的信息进行加密并发送出去，智能行驶车辆TVID1采用自身的私钥进行解密并进行信息处理，然后用智能行驶车辆TVID2的公钥对需要发送的信息进行加密发送出去。
其中，智能行驶车辆TVID1和智能行驶车辆TVID2双方可通过终止交互的信息结束双方信息交互，且智能行驶车辆TVID1和智能行驶车辆TVID2双方在侦听信号一定时长后没有回复自行终止此次信息交互。
由于通过采用5G移动通信为基础的道路边缘计算中心技术，基于某段、某路或多路建设道路边缘计算中心，通过道路边缘计算中心管理此路上的智能行驶车辆，为每个智能行驶车辆分配临时唯一编号，将交互的智能行驶车辆约束在一个或少量几个道路边缘计算中心的范围，大幅度减少信息处理量；
且通过采用5G移动通信道路边缘计算中心技术，将智能行驶车辆之间的安全认证，转变为智能行驶车辆与边缘计算中心的安全认证，由于道路边缘计算中心管理一个范围的智能行驶车辆，基于边缘计算中心与智能行驶车辆的安全认证结果，减少每次智能行驶车辆信息交互之前的安全认证操作，减少信息处理时间；
通过采用5G移动通信道路边缘计算中心技术，通过道路边缘计算中心将智能行驶车辆的公钥提前广播到覆盖范围下的各个智能行驶车辆，减少智能行驶车辆信息交互之前的公钥传送操作，减少信息处理时间；
通过采用5G移动通信道路边缘计算中心技术，采用在多个道路边缘计算中心之间设置“切换区域”，提前完成智能行驶车辆消息交互前的安全认证、信息发布等工作，减少道路边缘计算中心切换过程中的处理时间，保障车辆之间信息交互的时间要求。
由于此技术方案既满足了智能行驶车辆行驶场景下的安全需求，同时满足了智能驾驶、自动驾驶场景下车辆之间信息交互的高可靠性和低延时特性需求，有助于推动V2V应用的推广使用。
实施例3
与实施例2的不同之处在于：智能行驶车辆在跨道路边缘计算中心覆盖下的安全认证流程具体包括如下步骤：
S21、道路边缘计算中心与基站组网过程中，道路一和道路二的道路边缘计算中心将道路一和道路二的边界位置上的一个或多个基站纳入两中心覆盖范围，形成两中心重叠区域；
S22、当智能行驶车辆进入边界区域时，道路一的道路边缘计算中心告知智能行驶车辆进入边界并做好切换准备；
S23、道路一的道路边缘计算中心同时告知道路二的道路边缘计算中心有智能行驶车辆进入其区域，同时将信息报送给省级信息中心；
S24、道路二的道路边缘计算中心与智能行驶车辆完成相互安全认证，同时给智能行驶车辆分配道路二的道路边缘计算中心覆盖范围下的临时车辆编号；
S25、道路二的道路边缘计算中心将智能行驶车辆的信息广播给其覆盖范围内的智能行驶车辆。
S26、道路二的道路边缘计算中心将覆盖范围下的所有智能行驶车辆信息广播给此智能行驶车辆；
S27、智能行驶车辆与道路一的道路边缘计算中心分配的临时编号进行信息交互，与道路二的道路边缘计算中心分配的临时编号进行信息交互；
S28、智能行驶车辆与道路一的道路边缘计算中心定期进行安全认证。
进一步，S24中道路二的道路边缘计算中心与智能行驶车辆通过数字签名完成相互安全认证。
进一步，省级信息中心确认智能行驶车辆已离开当前道路边缘计算中心覆盖区域，智能行驶车辆更新V2V车辆信息库，省级信息中心定期通知道路边缘计算中心更新车辆信息。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构，其特征在于：
包括智能行驶车辆、省级信息中心和道路边缘计算中心；
所述道路边缘计算中心对某条道路上的智能行驶车辆编号，通过道路边缘计算中心将各个智能行驶车辆的加密公钥进行广播发放；
所述道路边缘计算中心为服务某条或多条道路建设的边缘计算中心，所述道路边缘计算中心汇集某条或多条道路覆盖下的所有物联网设备设施、车辆、人员的静态和动态信息；
所述道路边缘计算中心与某条或多条道路所覆盖的物联网设备设施之间可进行合法身份的安全认证，道路边缘计算中心与其所覆盖设备设施之间可进行安全信息交互；所述道路边缘计算中心上联到各个省级信息中心，道路边缘计算中心之间信息交互由省级信息中心定义和控制；当智能行驶车辆从静止状态启动行驶时，其安全认证流程具体包括如下步骤：
S11、移动通信基站首先定位智能行驶车辆的位置，将智能行驶车辆的定位信息发送到省级信息中心，省级信息中心计算智能行驶车辆与道路边缘计算中心的距离，确定距离最近的多条道路的边缘计算中心，建立智能行驶车辆与这些道路边缘中心的通信；
S12、省级信息中心根据各个道路边缘计算中心与智能行驶车辆的直线距离标识优先级，距离越近优先级最高；
S13、智能行驶车辆与多条道路的边缘计算中心进行双向安全认证，智能行驶车辆根据安全通信需求，生成公钥密码算法的密钥对，将智能行驶车辆的公钥发送给关联的道路边缘计算中心；
S14、道路边缘计算中心在其管理范围内将智能行驶车辆分配临时唯一车辆编号以确定唯一标识，然后将智能行驶车辆的临时编号、公钥广播给此边缘计算中心下的其它智能行驶车辆，并将其它智能行驶车辆的临时编号和公钥广播给此智能行驶车辆；
S15、道路边缘计算中心将新进入的智能行驶车辆的相关信息报送给省级信息中心并记录其过程变化；
同一道路边缘计算中心下的智能行驶车辆都与该道路边缘计算中心实现双向认证，并且均获得所有智能行驶车辆的编号以及公钥信息；
当某智能行驶车辆TVID1需要信息交互时，首先向周边直接广播某些类型的信息需求，此信息中包含此智能行驶车辆的临时编号，当其周围某智能行驶车辆TVID2需要与之交互时，则选择智能行驶车辆TVID1的公钥对需要发送的信息进行加密并发送出去，智能行驶车辆TVID1采用自身的私钥进行解密并进行信息处理，然后用智能行驶车辆TVID2的公钥对需要发送的信息进行加密发送出去。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构，其特征在于：
所述省级信息中心、各条道路的道路边缘计算中心、智能行驶车辆之间采用网络逻辑连接，省级信息中心与各个道路的道路边缘计算中心具有带宽超过100Mbit/s、延时低于100毫秒的网络连接，各个道路的道路边缘计算中心分别与道路上覆盖的运营商基站相连，智能行驶车辆通过基站相连接到道路边缘计算中心。
3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，其特征在于：
所述智能行驶车辆在跨道路边缘计算中心覆盖下的安全认证流程具体包括如下步骤：
S21、道路边缘计算中心与基站组网过程中，道路一和道路二的道路边缘计算中心将道路一和道路二的边界位置上的一个或多个基站纳入两中心覆盖范围，形成两中心重叠区域；
S22、当智能行驶车辆进入边界区域时，道路一的道路边缘计算中心告知智能行驶车辆进入边界并做好切换准备；
S23、道路一的道路边缘计算中心同时告知道路二的道路边缘计算中心有智能行驶车辆进入其区域，同时将信息报送给省级信息中心；
S24、道路二的道路边缘计算中心与智能行驶车辆完成相互安全认证，同时给智能行驶车辆分配道路二的道路边缘计算中心覆盖范围下的临时车辆编号；
S25、道路二的道路边缘计算中心将智能行驶车辆的信息广播给其覆盖范围内的智能行驶车辆；
S26、道路二的道路边缘计算中心将覆盖范围下的所有智能行驶车辆信息广播给此智能行驶车辆；
S27、智能行驶车辆与道路一的道路边缘计算中心分配的临时编号进行信息交互，与道路二的道路边缘计算中心分配的临时编号进行信息交互；
S28、智能行驶车辆与道路一的道路边缘计算中心定期进行安全认证。
4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，其特征在于：
所述S13中智能行驶车辆根据安全通信需求生成公钥密码算法的密钥对时所采用的公钥密码算法是SM2或RSA算法。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，其特征在于：
智能行驶车辆TVID1和智能行驶车辆TVID2双方可通过终止交互的信息结束双方信息交互，且智能行驶车辆TVID1和智能行驶车辆TVID2双方在侦听信号一定时长后没有回复自行终止此次信息交互。
6.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，其特征在于：
所述S24中道路二的道路边缘计算中心与智能行驶车辆通过数字签名完成相互安全认证。
7.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算中心的V2V安全认证结构的认证流程，其特征在于：
所述省级信息中心确认智能行驶车辆已离开当前道路边缘计算中心覆盖区域，智能行驶车辆更新V2V车辆信息库，省级信息中心定期通知道路边缘计算中心更新车辆信息。
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