CN111432374B - 网联汽车网络节点身份认证方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种网联汽车网络节点身份认证方法，包括：第一节点发送携带有其标识信息的认证请求至第二节点；第二节点检索其数据库中是否存在该标识信息；若存在，第二节点生成挑战码，并采用加密策略将其加密后发送至第一节点；第一节点处理加密后的挑战码并生成响应报文发送至第二节点；第二节点依据响应报文判断第一节点是否真实可靠；其中，第一节点为网关节点和普通节点之一者，第二节点为网关节点和普通节点之另一者。本发明的网关节点和普通节点在通信之前能够确认对方是否为自身想要通信的真实节点，从而建立网关节点和普通节点间的安全通信，提高了行车安全性。另，本发明还公开一种网联汽车网络节点身份认证装置及计算机可读存储介质。

Description

网联汽车网络节点身份认证方法、装置及可读存储介质
技术领域
本发明涉及身份认证技术领域，尤其涉及一种网联汽车网络节点身份认证方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着车联网技术的兴起和飞速发展，汽车智能化、网联化水平不断提高，汽车内部也搭载了更多、更复杂的软件模块以及硬件接口。现今，针对网联汽车的攻击和漏洞不断出现，网联汽车的行驶安全受到了恶意攻击者的威胁，研究人员也已经展示了攻击者如何危害车载电子控制单元（ECU）和控制车辆操纵。
网联汽车的安全问题，归根到底还是网络节点之间的身份真实性问题，如何保证网联汽车的网络系统是对内开放，对外封闭，对合法使用者开放，对攻击者封闭，如何建立网联汽车的网络节点之间的相互信任关系成为了目前急需解决的车联网安全问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网联汽车网络节点身份认证方法、装置及存储介质，以建立网联汽车的网络节点之间的安全通信。
为实现上述目的，本发明提供了网联汽车网络节点身份认证方法，包括以下步骤：
（1）第一节点发送认证请求至第二节点，所述认证请求携带有所述第一节点的标识信息，其中，所述第一节点为网关节点和普通节点之一者，所述第二节点为所述网关节点和所述普通节点之另一者；
（2）所述第二节点检索其数据库中是否存在所述标识信息，若存在，执行步骤（3）；
（3）所述第二节点生成挑战码，并采用加密策略将所述挑战码加密后发送至所述第一节点；
（4）所述第一节点采用预设的处理机制处理加密后的所述挑战码并生成响应报文发送至所述第二节点；
（5）所述第二节点依据所述响应报文判断所述第一节点是否真实可靠，并返回判断结果至所述第一节点。
较佳地，在步骤（2）中，若所述数据库中不存在所述标识信息，则执行结束认证。
较佳地，所述第一节点为所述普通节点，所述第二节点为所述网关节点，网关节点作为认证过程的主控方率先发起挑战，其作为网络的管理者可以管控认证过程的进行。
较佳地，所述第一节点与所述第二节点之间进行双向认证，使得网关节点和普通节点可以分别确认对方节点的身份真实性，从而可以进一步提高网关节点与普通节点之间通信的安全性。
更佳地，在步骤（4）中，所述第一节点还生成反向挑战码并对所述反向挑战码进行加密，其将所述响应报文和加密后的所述反向挑战码发送至所述第二节点；在步骤（5）中，所述第二节点在判断所述第一节点为真实可靠后，采用预设的处理机制处理加密后的所述反向挑战码并生成反向响应报文发送至所述第一节点；所述第一节点依据所述反向响应报文判断所述第二节点是否真实可靠，并返回判断结果至所述第二节点。
较佳地，在步骤（4）中，“采用预设的处理机制处理加密后的所述挑战码”具体为直接采用对应的解密策略将加密后的所述挑战码解密；或为生成随机数，并将所述随机数与加密后的所述挑战码合并后发送至可信第三方，通过所述可信第三方的应答报文获得认证秘钥。
较佳地，仅于网联汽车打火启动后预设时间内执行一次所述网联汽车网络节点身份认证方法，在网联汽车的行驶过程中不再执行。借此，在实现身份认证以提高通信安全性的同时，也不会增加网联汽车行驶时各网络节点的正常通信期间的负载量。
较佳地，所述加密策略为基于非对称的双向C-R认证机制，认证准确性更高，有利于进一步提高网关节点与普通节点之间的通信安全性。
为实现上述目的，本发明还提供了一种网联汽车网络节点身份认证装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，执行如上所述的网联汽车网络节点身份认证方法。
为实现上述目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的网联汽车网络节点身份认证方法。
与现有技术相比，本发明针对网联汽车的网关节点和普通节点之间设计了身份认证，使得网关节点和普通节点在通信之前，双方能够确认对方是自身想要通信的真实节点，而不是伪装恶意节点，从而建立网联汽车的网关节点和普通节点之间的安全通信，提高了网联汽车的行车安全性以及保护车辆用户的隐私。
附图说明
图1为本发明一实施例网联汽车网络节点身份认证方法的原理架构图。
图2为本发明C-R机制下无可信第三方时对称加密认证过程示意图。
图3为本发明C-R机制下有可信第三方时对称加密认证过程示意图。
图4为本发明C-R机制下非对称加密单向认证过程示意图。
图5为本发明C-R机制下非对称加密双向认证过程示意图。
图6为本发明一实施例的完整认证流程图。
图7为本发明网联汽车网络节点身份认证装置的组成结构框图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合具体实施方式并配合附图作进一步说明。
本发明一实施例提供了一种网联汽车网络节点身份认证方法，用于在网络节点之间建立通信之前确认对方是否为自身想要通信的真实节点，以确保通信的安全性。如图1所示，在该实施例中，网联汽车网络节点身份认证方法具体包括以下步骤：
（1）第一节点A发送认证请求至第二节点B，认证请求携带有第一节点A的标识信息；其中，标识信息可以为该节点的用户名等；
（2）第二节点B检索其数据库中是否存在该标识信息，若不存在，执行结束认证，若存在，执行步骤（3）；
（3）第二节点B生成挑战码，并采用加密策略将挑战码加密后发送至第一节点A；其中，挑战码是基于时间戳生成，但不应以此为限；
（4）第一节点A采用预设的处理机制处理加密后的挑战码（即挑战报文）并生成响应报文发送至第二节点B；
（5）第二节点B依据响应报文判断第一节点A是否真实可靠，并返回判断结果至第一节点A。
其中，第一节点A为网关节点和普通节点之一者，第二节点B为网关节点和普通节点之另一者，优选的，第一节点A为普通节点，第二节点B为网关节点。附带一提的是，文中所述“普通节点”指的是除了网关节点B之外的其它网络节点，在网联汽车中，各个网络节点通常为ECU，而该身份认证方法仅发生在网关ECU与网络中的关键ECU（控制网联汽车重要功能的ECU，如控制汽车刹车、转向等功能的ECU）之间，其它非关键ECU（如控制转向灯的ECU）则不执行，以提高认证的时效性。
优选的，仅在网联汽车打火启动后预设时间内执行一次网联汽车网络节点身份认证方法。具体的，当且仅当在汽车打火启动后的短暂时间（通常为几秒）内执行一次该认证过程，在此后汽车的行驶过程中不再执行，且每次汽车熄火后重新启动时都执行一次，在实现身份认证以提高通信安全性的同时，也不会增加网联汽车行驶时各网络节点的正常通信期间的负载量。
在一实施例中，网关节点B与普通节点A之间进行双向认证，使得网关节点B和普通节点A可以分别确认对方节点的身份真实性，从而可以进一步提高网关节点B与普通节点A之间通信的安全性。当然，在一些实施例中，也可以仅进行单向认证，例如，仅由网关节点B对普通节点A的身份进行认证，而普通节点A不对网关节点B的身份进行认证，或者仅由普通节点A对网关节点B的身份进行认证，而网关节点B不对普通节点A的身份进行认证。
图2示出了C-R机制下基于对称加密的双向认证过程，普通节点A和网关节点B要相互确认对方的身份。首先，（1）由网关节点B给普通节点A发送挑战报文RB||Text1；（2）普通节点A依据挑战报文RB||Text1进行响应，此外，其还生成了用来对网关节点B进行反向挑战的随机数RA，普通节点A将响应和随机数RA封装成TokenAB发送至网关节点B；（3）网关节点B收到TokenAB后，通过验证响应是否正确来确定普通节点A的真实性，并通过识别IB（网关节点B的身份表示符）和随机数RA来识别普通节点A的反向挑战，进而生成反向响应报文TokenBA来对普通节点A进行应答；普通节点A通过验证TokenBA来确定网关节点B的真实性。在该实施例中，网关节点B作为认证过程的主控方率先发起挑战，网关节点B作为网络的管理者可以管控认证过程的进行。当然，普通节点A和网关节点B任何一方都可以先发起挑战，则另一方先进行应答，然后双方互换角色再进行一次挑战和应答。
此外，本发明还提供了其它实施例，具体如下：
请参阅图3，图3示出了C-R机制下有可信第三方时的认证过程。首先，（1）网关节点B生成随机数RB并向普通节点A发送挑战报文RB||Text1；（2）普通节点A生成随机数RA，并与收到挑战报文RB||Text1合并后发送至可信第三方T；（3）可信第三方T分别利用跟普通节点A、网关节点B预先协商好的秘密秘钥KEY（A）和KEY(B)进行协商二者间认证用的秘钥KEY(AB)，并封装在TokenTA中对普通节点A进行应答；（4）普通节点A从TokenTA中解析出可信第三方T颁发给自身的秘钥KEY(AB)，并生成对网关节点B的响应报文并与可信第三方T给网关节点B的应答部分一起封装在TokenAB中发送给网关节点B；（5）网关节点B从可信第三方T颁发的消息段中解析出认证秘钥KEY(AB)，并对生成对普通节点A的认证响应TokenBA。
请参阅图4，图4示出了C-R机制下非对称加密的单向认证过程。首先，(1)网关节点B生成一个随机数RB，并封装成一个挑战报文RB||Text1发送给普通节点A；(2)普通节点A收到挑战报文RB||Text1后，生成一个随机数RA并与收到的网关节点B的挑战报文RB||Text1封装在一起，然后用自己的私钥进行签名，封装成CertA||TokenAB发送给网关节点B；网关节点B收到后根据普通节点A的证书中的公钥进行验签，若验签成功，则认证通过，否则，认证失败。
作为优选实施例，加密策略为基于非对称的双向C-R认证机制，认证准确性更高，有利于进一步提高网关节点B与普通节点A之间的通信安全性。如图5所示：首先，(1)网关节点B生成一个随机数RB，并封装成一个挑战报文RB||Text1发送给普通节点A；(2)普通节点A收到挑战报文RB||Text1后，生成一个随机数RA并与收到的网关节点B的挑战报文RB||Text1封装在一起，然后用自己的私钥进行签名，封装成CertA||TokenAB发送给网关节点B；(3)网关节点B收到后根据普通节点A的证书中的公钥进行验签，若验签成功，则认证通过，否则，认证失败；在网关节点B验签成功后，网关节点B发送反向响应报文CertB||TokenBA至普通节点A，普通节点A对CertB||TokenBA进行认证。在该实施例中，只发生了一次挑战便产生了两次应答。
附带一提的是，上述各个实施例均通过选取随机数形成挑战报文，可以防止网络中的伪装节点在身份认证开始前采用预先选择的数据，在获得认证方的签名后，伪装成认证节点进行认证，随机数的使用使得认证过程中的所有数据具有不可重复性，可以确保认证结果安全可靠。
请参阅图6，图6示出了一实施例的完整认证流程图。首先，由CAN网关节点B以帧idB发送广播帧，该广播帧作为通知认证过程的启动帧，用以通知网络中的普通节点A可以开始进行身份认证，帧数据段中为CAN网关节点B的唯一节点标识NodeB；各普通节点A收到帧idB后，保存节点标识NodeB，然后向网关节点B发送认证请求，请求帧中数据段为普通节点A的唯一节点标识NodeA；网关节点B收到认证请求后，请求保存节点标识NodeA，并立即生成一个随机数RB，利用事先约定好的对称加密秘钥KEY对随机数RB进行加密以生成挑战报文发送至普通节点A；普通节点A将挑战报文解密得到随机数RB，然后利用事先约定好的HMAC函数H(x)对数据（RB||NodeA）进行处理，生成响应报文返回给网关节点B；然后普通节点A又生成一个随机数RA，利用预先约定好的对称加密秘钥KEY对RA进行加密生成反向挑战报文发送至网关节点B进行反向挑战；网关节点B通过HMAC函数生成校验数据，然后验证反向响应报文和校验数据结果的一致性，若验证通过，则接收普通节点A的反向挑战报文，并根据预先约定好的HMAC函数对数据（RA||NodeB）生成反向响应报文对网关节点B进行应答，若验证失败，则终止认证过程并记录该异常信息；若普通节点A收到网关节点B的反向响应报文，说明网关节点B对其的单向认证已通过，则开始处理网关节点B的反向响应报文，同样的，普通节点A首先根据 HMAC函数生成校验数据，然后验证网关节点B的反向响应报文和校验数据的一致性，若校验通过，则说明该普通节点A与网关节点B之间的双向认证过程成功完成，此时该普通节点A向网关节点B发送认证完成确认帧；网关节点B收到该认证完成确认帧后，便可开始与该普通节点A进行敏感信息（关键ECU网联汽车重要功能的信息，如控制汽车刹车、转向）的协商以保证该敏感信息不会被不合法的攻击节点窃取，从而确保认证过程和网络通信的安全性；当网关节点B收到所有普通节点A的认证完成确认帧且其已完成与所有普通节点A间的协商过程，则网关节点B发送通信启动广播帧以告诉网络中的所有网络节点认证过程已结束，可以开始正常通信。
请参阅图7，本发明还公开一种网联汽车网络节点身份认证装置100，其包括处理器110、存储器120以及存储在存储器120中且被配置为由处理器110执行的计算机程序130，处理器110执行计算机程序130时，执行上述的网联汽车网络节点身份认证方法。
与现有技术相比，本发明针对网联汽车的网关节点B和普通节点A之间设计了身份认证，使得网关节点B和普通节点A在通信之前，双方能够确认对方是自身想要通信的真实节点，而不是伪装恶意节点，从而建立网联汽车的网关节点B和普通节点A之间的安全通信，提高了网联汽车的行车安全性以及保护车辆用户的隐私。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

1.一种网联汽车网络节点身份认证方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)第一节点发送认证请求至第二节点，所述认证请求携带有所述第一节点的标识信息，其中，所述第一节点为网关节点和普通节点之一者，所述第二节点为所述网关节点和所述普通节点之另一者；
(2)所述第二节点检索其数据库中是否存在所述标识信息，若存在，执行步骤(3)；
(3)所述第二节点生成挑战码，并采用加密策略将所述挑战码加密后发送至所述第一节点；
(4)所述第一节点采用预设的处理机制处理加密后的所述挑战码并生成响应报文发送至所述第二节点；
(5)所述第二节点依据所述响应报文判断所述第一节点是否真实可靠，并返回判断结果至所述第一节点；
步骤(4)包括：
所述第一节点生成随机数，并与收到的报文合并后发送至可信第三方；
所述可信第三方分别利用跟所述第一节点、所述第二节点预先协商好的第一节点秘钥和第二节点密钥进行协商二者间认证用的认证秘钥，并封装在应答报文中对所述第一节点进行应答；
所述第一节点从所述应答报文中解析出所述可信第三方颁发给自身的所述认证秘钥，并生成对所述第二节点的响应报文并与所述可信第三方给所述第二节点的应答部分一起封装发送给所述第二节点；
所述第二节点从所述可信第三方颁发的消息段中解析出所述认证秘钥，并生成对所述第一节点的认证响应。
2.如权利要求1所述的网联汽车网络节点身份认证方法，其特征在于，在步骤(2)中，若所述数据库中不存在所述标识信息，则执行结束认证。
3.如权利要求1所述的网联汽车网络节点身份认证方法，其特征在于，所述第一节点为所述普通节点，所述第二节点为所述网关节点。
4.如权利要求1所述的网联汽车网络节点身份认证方法，其特征在于，仅于网联汽车打火启动后预设时间内执行一次所述网联汽车网络节点身份认证方法。
5.如权利要求1所述的网联汽车网络节点身份认证方法，其特征在于，所述加密策略为基于非对称的双向C-R认证机制。
6.一种网联汽车网络节点身份认证装置，其特征在于，包括：
处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，执行如权利要求1至5任一项所述的网联汽车网络节点身份认证方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如权利要求1至5任一项所述的网联汽车网络节点身份认证方法。
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