CN112785734A - 基于双向认证的电子不停车收费系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子不停车收费系统和方法。一种应用于车载终端处的电子不停车收费方法，包括：响应于从路侧单元接收到通信信号，生成认证请求消息并使用密钥对认证请求消息进行加密；将经加密的认证请求消息发送给路侧单元；从路侧单元接收经加密的认证响应消息；使用密钥对经加密的认证响应信息进行解密以获得认证响应消息，其中认证响应消息包括ETC服务器标识；验证ETC服务器标识是否可信；在确定ETC服务器标识可信的情况下：使用密钥对账户信息进行加密；向路侧单元发送经加密的账户信息。在该方法中，车载终端只有在确定ETC服务器可信的情况下才会向路侧单元发送经加密的账户信息，确保了账户的安全性。

Description

基于双向认证的电子不停车收费系统和方法

技术领域

本发明一般涉及电子不停车收费技术领域，尤其涉及基于双向认证的电子不停车收费系统和方法。

背景技术

现有电子不停车收费ETC(Electronic Toll Collection)系统由路侧单元RSU(Road Side Unit)和车载单元OBU(On Board Unit)组成，其中路侧单元和车载单元通过专用短程通信DRSC(Dedicated Short Range Communication)协议进行通信。路侧单元包括ETC通信天线、ETC控制器、ETC服务器等。路侧单元还包括车辆检测器、车辆识别系统、费用显示器、自动栏杆机等。车载单元包括车辆电子标签和集成电路IC(Integrated Circuit)卡等。车辆电子标签上集成有车载通信天线。

现有ETC收费流程为：ETC通信天线使用专用短程通信技术(诸如微波技术等)来检测车辆电子标签，车辆电子标签使用车载通信天线将车辆信息发送给ETC通信天线。ETC通信天线将车辆信息发送给ETC控制器，同时车辆识别系统获取车牌号并将车牌号发送给ETC控制器。ETC控制器可以将获得的车牌号和车辆信息转发给ETC服务器，ETC服务器由此可以基于车牌号和车辆信息来决定是否对对该IC发起扣费。或者，ETC控制器可以基于获得的车牌号和车辆信息来决定是否请求ETC服务器对该IC发起扣费。在决定对IC 卡发起扣费的情况下，ETC服务器对IC卡发起扣费，费用显示器显示费用信息。同时，ETC控制器让自动栏杆机抬杆，放车辆通行。

在现有ETC收费流程中，在路侧单元完成对车载单元的认证之后，ETC 服务器就可以对车载单元中的IC卡发起扣费。也就是说，只有路侧单元对车载单元进行认证，而车载单元无需对路侧单元进行认证。在这种情况下，只要是能够读取IC卡信息的设备都能够对IC卡发起扣费。这种单向认证方式存在重大的安全风险。一旦出现恶意伪造的路侧设备，就很容易给车主造成经济损失。此外，目前通过银行办理的ETC设备中所提供的IC卡还具有小额免密支付等功能，更容易被盗刷，安全隐患更高，容易给车主造成经济损失。

因此，目前迫切需要一种更安全的电子不停车收费系统和方法。

发明内容

以下给出了一个或多个方面的简要概述以提供对此类方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在标识出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以作为稍后给出的更详细描述之序言。

本发明的目的旨在提供一种电子不停车收费方法，该方法能够在路侧单元与车载单元双向认证之后再进行扣费，从而保证了ETC账户的安全性。优选地，该方法由能够对路侧单元进行认证的车载单元来完成。例如，车载单元可以是车载终端。

根据本公开的一个方面，提供了一种应用于车载终端处的电子不停车收费方法，其中所述方法可以包括：

响应于从路侧单元接收到通信信号，生成认证请求消息并使用密钥对所述认证请求消息进行加密，其中所述认证请求消息包括用户身份信息；

将经加密的认证请求消息发送给所述路侧单元；

从所述路侧单元接收经加密的认证响应消息，其中所述经加密的认证响应消息是由所述路侧单元响应于接收到所述经加密的认证请求消息而发送的；

使用所述密钥对所述经加密的认证响应信息进行解密以获得所述认证响应消息，其中所述认证响应消息包括ETC服务器标识；

验证所述ETC服务器标识是否可信；以及

在确定所述ETC服务器标识可信的情况下，使用所述密钥对账户信息进行加密并向所述路侧单元发送经加密的账户信息。

根据本公开的另一方面，提供了一种车载终端，其中所述车载终端可以包括：

车载通信天线；

存储模块，所述存储模块存储有密钥；

加解密模块，所述加解密模块被配置成使用存储模块中所存储的密钥进行加密和解密操作；

所述车载处理模块被配置成使用所述车载通信天线、所述存储模块和所述加解密模块来执行上述应用于车载终端处的电子不停车收费方法。

根据本公开的又一方面，提供了一种存储有处理器可执行代码的计算机可读介质，其中处理器可执行代码能由处理器执行以执行上述应用于车载终端处的电子不停车收费方法。

根据本公开的一个方面，提供了一种应用于路侧单元处的电子不停车收费方法，其中所述方法可以包括：

向车载终端发送通信信号；

从所述车载终端接收经加密的认证请求消息，所述经加密的认证请求消息是由所述车载终端响应于接收到所述通信信号而发送的；

将所接收的经加密的认证消息转发给ETC服务器，以供所述ETC服务器使用存储在所述ETC服务器处的密钥对所述经加密的认证请求消息进行解密以获得所述认证请求消息，并且生成认证响应消息并使用所述密钥对所述认证响应消息进行加密，其中所述认证请求消息包括用户身份信息，其中所述认证响应消息包括ETC 服务器标识，所述ETC服务器标识是由所述ETC服务器使用所述用户身份信息和所述ETC服务器身份来生成的；

从所述ETC服务器接收经加密的认证响应消息；

向所述车载终端发送经加密的认证响应消息；

从所述车载终端接收经加密的账户信息，其中所述经加密的账户信息是在所述车载终端确定所述ETC服务器标识可信的情况下发送的；以及

将所述经加密的账户信息转发给所述ETC服务器以供所述ETC服务器对所述经加密的账户信息进行解密以获得所述账户信息并发起扣费。

根据本公开的另一方面，提供了一种路侧单元，其中所述路侧单元可以包括：

ETC通信天线，所述ETC通信天线使用专用短程通信协议与车载通信天线进行通信；

ETC控制系统，所述ETC控制系统包括ETC处理器和加解密模块，所述ETC 处理器被配置成使用所述加解密模块和所述ETC通信天线来执行上述应用于路侧单元处的电子不停车收费方法。

根据本公开的又一方面，提供了一种存储有处理器可执行代码的计算机可读介质，其中所述处理器可执行代码能由处理器执行以执行上述应用于路侧单元处的电子不停车收费方法。

提供本发明内容是为了以简化的形式来介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。各实施例的其他方面、特征和/或优点将部分地在下面的描述中阐述，并且将部分地从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来学习。

附图说明

为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中解说。然而应该注意，附图仅解说了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。在附图中：

图1示出了根据本公开的各方面的包括车载终端和路侧单元的电子不停车收费ETC系统的示意图；

图2示出了根据本公开的各方面的车载终端与路侧单元进行双向认证的示例过程；

图3示出了根据本公开的各方面的车载终端向ETC服务器发起注册的示例过程；

图4示出了根据本公开的各方面的车载终端的示例框图；

图5示出了根据本公开的各方面的路侧单元的示例框图；

图6示出了根据本公开的各方面的应用于车载终端处的电子不停车收费方法的示例流程图；以及

图7示出了根据本公开的各方面的应用于路侧单元处的电子不停车收费方法的示例流程图。

具体实施方式

以下结合附图的具体实施方式旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有配置。本具体实施方式包括具体细节以提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可以实践这些概念。

基于本教导，本领域技术人员应领会，本发明的范围旨在覆盖本发明的任何方面，不论其是与本发明的任何其他方面相独立地还是组合地实现的。例如，可以使用所阐述的任何数目的方面来实现装置或实践方法。另外，本发明的范围旨在覆盖使用作为所阐述的本发明的各个方面的补充或者与之不同的其他结构、功能性、或者结构及功能性来实践的此类装置或方法。

尽管本文描述了特定方面，但这些方面的众多变体和置换落在本发明的范围之内。虽然提到了优选方面的一些益处和优点，但本发明的范围并非旨在被限定于特定益处、用途或目标。具体实施方式和附图仅仅解说本发明而非限定本发明，本发明的范围由所附权利要求及其等效技术方案来定义。

随着电子不停车收费ETC系统的不断普及，在收费过程中保证用户账户的安全显得尤为重要。

在现有ETC收费流程中，在路侧单元完成对车载单元的认证之后，ETC 服务器就可以对车载单元中的IC卡发起扣费。也就是说，只有路侧单元对车载单元进行认证，而车载单元无需对路侧单元进行认证。在这种情况下，只要是能够读取IC卡信息的设备都能够对IC卡发起扣费。这种单向认证方式存在重大的安全风险。一旦出现恶意伪造的路侧设备，就很容易给车主造成经济损失。此外，目前通过银行办理的ETC设备中所提供的IC卡还具有小额免密支付等功能，更容易被盗刷，安全隐患更高，容易给车主造成经济损失。因此，目前迫切需要一种更安全的电子不停车收费系统和方法。

本发明的目的旨在提供一种电子不停车收费方法。在该方法中，只有在路侧单元与车载单元完成双向认证之后才可以对ETC账户发起扣费，这进一步确保了 ETC账户的安全性。优选地，该方法可以由能够对路侧单元进行认证的车载单元来完成。例如，车载单元可以是车载终端。

虽然在本发明中以电子不停车收费系统作为示例进行描述，但是本领域技术人员将理解，本文中所公开的方法应用于任何其他短程无接触支付方式。

以下结合附图来具体描述。

图1示出了根据本公开的各方面的包括车载终端110和路侧单元120的电子不停车收费ETC系统100的示意图。

车载终端110可被安装在任何需要使用ETC服务的车辆上。

在一个实施例中，车载终端可以是被配置成实现车辆电子标签功能的独立终端。在一些情形中，可以在该独立终端上安装IC卡或存储虚拟IC卡。

在另一实施例中，车载终端可以是其他终端。在一些情形中，可以在终端上集成有车辆电子标签功能。例如，终端可以是带短程通信天线的手机、平板、计算机或其他移动设备等。类似地，可以在该终端上安装IC卡或存储虚拟IC卡。当终端进行娱乐活动时，终端可以在正常操作模式下运行。当终端启动车辆电子标签功能时，终端进入安全操作模式并在安全操作模式下运行直到退出车辆电子标签功能，从而确保所有的支付收费操作始终都在安全可信的环境下完成。当终端与ETC控制系统进行通信时，用户终端也进入安全操作模式并在安全操作模式下运行直到完成相关通信，从而确保终端始终都在安全操作模式下交换敏感信息。

在又一实施例中，车载终端可以指从应用商店或网络等下载安装到任何终端的ETC应用。ETC应用可以使用终端上的短程通信天线等。在一些情形中，ETC应用可以使用所在终端上的IC卡。或者，ETC应用可以使用终端中所存储的虚拟IC 卡。又或者，虚拟IC卡可以与ETC应用一起下载到终端中。IC卡或虚拟IC卡可以包括ETC证书。在其他情形中，ETC证书可以直接与ETC应用一起下载到终端中。在一些示例中，ETC证书可以包括用于标识ETC服务器身份的信息，例如， ETC服务器身份信息等。另外，应用可以在线向ETC服务器注册ETC账户，如以下结合图3具体描述的。与线下安装电子车辆标签相比，下载应用并进行注册更为便利。

在电子不停车收费过程中，当安装有车载终端110的车辆即将到达ETC口时，路侧单元120响应于检测到车辆(例如，车辆检测器(未示出)检测到车辆)而让ETC通信天线向车载通信天线发送通信信号。车载终端110响应于接收到通信信号而进入安全操作并开始与路侧单元120(和ETC服务器)进行双向认证。在其他情形中，ETC服务器可以不与路侧单元120位于一处，但是能够与路侧单元120进行远程通信。在另一示例中，ETC服务器可以与路侧单元的ETC处理器集成在一起。车载终端在安全操作模式下开始验证ETC服务器标识，同时ETC服务器也可以根据所获得的用户身份信息、检测到的车牌号等验证车载终端，如以下结合图2具体描述的。

当车载终端110和路侧单元120完成双向认证之后，车载终端以加密方式向ETC处理器提供ETC账户信息，ETC处理器将账户信息转发给ETC服务器 130。ETC服务器130随后对ETC账户发起扣费。在完成扣费之后，路侧单元 120让自动栏杆机抬杆，放车辆通行。

图2示出了根据本公开的各方面的车载终端110与路侧单元120进行双向认证的示例过程200。在示例过程200中，车载终端110和路侧单元120可以使用专用短程通信技术(诸如微波技术等)进行通信。

在步骤205，路侧单元120在检测到有车辆到来之际向车辆上的车载终端 110发送通信信号。例如，路侧单元120可以使用车辆检测器来检测是否有车辆到来。响应于检测到有车辆到来，使用路侧单元120上的ETC通信天线向车载通信天线发送通信信号。

在步骤210，响应于从路侧单元120接收到通信信号，车载终端110生成认证请求消息并使用车载终端110中所存储的密钥来对认证请求消息进行加密。在一个示例中，在车载终端110从路侧单元120接收到通信信号之际，车载终端110就进入安全操作模式，并在后续通信过程中一直保持处于安全操作模式中。在一些情形中，认证请求消息可以包括用户身份信息。在一个实施例中，密钥是车载终端110初始向ETC服务器130注册时分别存储在车载终端110 和ETC服务器130中的，以下结合图3具体描述注册过程。

在步骤215，车载终端110随后将经加密的认证请求消息发送给路侧单元 120。在一个示例中，车载终端110可以通过车载通信天线和ETC通信天线来将经加密的认证请求消息发送到路侧单元120。

在步骤220，路侧单元120将经加密的认证请求消息转发给ETC服务器130 以供ETC服务器130使用ETC服务器130处所存储的密钥对经加密的认证请求消息进行解密以获得认证请求消息，认证请求消息可以包括用户身份信息。

在步骤225，ETC服务器130生成认证响应消息并使用密钥对认证响应消息进行加密。在一个示例中，认证请求消息可以包括用户身份信息，而认证响应消息包括ETC服务器标识。在一些情形中ETC服务器标识是由ETC服务器130基于认证请求消息中的用户身份信息结合ETC服务器身份来生成的。ETC服务器130 随后将经加密的认证响应消息转发给路侧单元120。在一个示例中，ETC服务器 130可以不与路侧单元120位于一处，但能够与路侧单元120进行远程通信。在另一示例中，ETC服务器130可被集成到路侧单元120处。

在步骤230，路侧单元120将经加密的认证响应消息发送给车载终端110。

在步骤235，车载终端110使用车载终端110中所存储的密钥对经加密的认证响应消息进行解密以获得认证响应消息，其中认证响应消息包括ETC服务器标识。

在步骤240，车载终端110验证ETC服务器标识是否可信。在一个示例中，车载终端中的IC卡或虚拟IC卡上存储有ETC证书。在另一示例中，车载终端110 在下载ETC应用时一并下载了ETC证书。ETC证书例如可以包括ETC服务器身份信息。在其他示例中，车载终端110在初始向路侧单元120注册时获取ETC服务器身份信息。随后，车载终端110使用ETC服务器身份信息结合车载终端110 处所存储的用户身份信息生成ETC服务器标识。随后，车载终端110将所生成的 ETC服务器标识与认证响应消息中所包括的ETC服务器标识进行比较，以验证所接收到的ETC服务器标识是否可信。在该示例中，车载终端110将初始注册时所生成的ETC服务器标识与认证响应消息中所包括的ETC服务器标识进行比较。如果两个ETC服务器标识一致，则车载终端110可以确定所接收到的ETC服务器标识可信，并执行后续步骤。如果不一致，则车载终端可以确定所接收到的ETC服务器标识不可信，不继续向路侧单元120传送账户信息。在一些情形中，车载终端可以不继续与路侧单元120进行通信，从而确保账户信息安全。

在步骤245，车载终端110在确定所接收到的ETC服务器标识可信的情况下使用车载终端110中所存储的密钥对账户信息进行加密。

在步骤250，车载终端110将经加密的账户信息发送给路侧单元120。路侧单元将经加密的账户信息转发给ETC服务器130以供ETC服务器130对车载终端110的账户扣费。在完成扣费之后，ETC服务器130通知路侧单元120，路侧单元120在扣费显示器上显示扣费信息并让自动栏杆机抬杠放车辆通行。

图3示出了根据本公开的各方面的车载终端110向ETC服务器130发起注册的示例过程300。注册的示例过程300包括车载终端110与ETC服务器130 之间的多次握手。在一个示例中，注册的示例过程300包括车载终端110与ETC 服务器130之间的3次握手。握手可以遵循任何握手协议规范。

在一个示例中，车载终端110中的IC卡或虚拟IC卡上存储有ETC服务器130 发布的ETC证书。在另一示例中，车载终端110在下载ETC应用时一并下载了由 ETC服务器130发布的ETC证书。在一个实施例中，证书可以包括ETC服务器身份信息和ETC服务器生成的公钥B等。在其他示例中，车载终端110在初始向路侧单元120注册时获取ETC服务器身份信息和ETC服务器生成的公钥B。具体而言，公钥B和私钥B构成密钥对B，密钥对B是由ETC服务器130生成的。例如，私钥B可被存储在ETC服务器处，而公钥B可被对外发布。例如，公钥B 可被保存至ETC证书中对外发布。

车载终端110可以通过网络等直接向ETC服务器130注册，其中可以不涉及路侧单元。在一特定实施例中，ETC服务器130可被集成在路侧单元中。在该实施例中，车载终端110可以通过网络直接向包括ETC服务器的路侧单元注册。在注册过程中，车载终端110在准备发起注册过程之际进入安全操作模式，整个注册过程都是在安全操作模式下完成的。以下将描述具体注册过程。

在步骤305，车载终端110发起注册申请，生成密钥对A。在一个示例中，密钥对A包括公钥A和私钥A。

在步骤310，车载终端110生成握手请求消息并使用证书中所存储的公钥 B对握手请求消息进行加密。在一个示例中，握手请求消息包括随机数A、公钥A以及证书中所存储的ETC服务器身份等。

在步骤315，车载终端110将经加密的握手请求消息发送给ETC服务器130。

在步骤320，ETC服务器130使用私钥B对经加密的握手请求消息进行解密以获得握手请求消息。在一个示例中，握手请求消息包括随机数A、公钥A 以及证书中所存储的ETC服务器身份等。

在步骤325，ETC服务器130生成握手响应消息并使用所获得的公钥A对握手响应消息进行加密并使用私钥B进行签名。在一个示例中，握手响应消息包括随机数B等。

在步骤330，ETC服务器130将签名后的经加密的认证响应消息发送给车载终端110。

在步骤335，车载终端110使用公钥B验证签名后的经加密的认证响应消息并在通过验证后使用私钥A对经加密的握手响应消息进行解密以获得握手响应消息。在一个示例中，握手响应消息包括随机数B等。

在步骤340，车载终端110生成握手反馈消息并使用公钥B对握手反馈消息进行加密并使用私钥A进行签名。在一个示例中，握手反馈消息包括随机数 C和密钥衍生算法等。

在步骤345，车载终端110将签名后的经加密的握手反馈消息发送给ETC 服务器130。

在步骤350，ETC服务器使用私钥B验证签名后的经加密的握手反馈消息并在通过验证后使用所获得的公钥A来对经加密的握手反馈消息进行解密以获得握手反馈消息。在一个示例中，握手反馈消息包括随机数C和密钥衍生算法等。

在完成三次握手协议之后，车载终端110和ETC服务器130可以分别使用随机数A、随机数B、随机数C以及密钥衍生算法生成密钥并存储到各自的存储器中以供在后续使用。

随后，车载终端110还可以使用所生成的密钥对注册信息进行加密并将经加密的注册信息发送给ETC服务器130。在一个示例中，注册信息包括用户身份信息、车牌信息、支付信息等。ETC服务器130随后使用所生成的密钥对经加密的注册信息进行解密以获得注册信息。在一个示例中，注册信息包括用户身份信息、车牌信息、支付信息等。同时，ETC服务器130使用所获得的用户身份信息结合ETC服务器身份生成ETC服务器标识，使用所生成的密钥对ETC 服务器标识进行加密，并将经加密的ETC服务器标识发送给车载终端110。

随后，车载终端110使用另一密钥对经注册信息进行加密并将经加密的经注册信息安全地存储在车载终端110中。在一个示例中，经注册信息可以包括用户身份信息、车牌信息、支付信息以及ETC服务器标识等。

替换地，车载终端可以仅存储ETC服务器身份信息，并在每次验证ETC 服务器标识是否可信时使用所存储的ETC服务器身份信息结合用户身份信息来生成ETC服务器标识。

图4示出了根据本公开的各方面的车载终端110的示例框图。

在一个实施例中，车载终端110可以是被配置成实现车辆电子标签功能的独立终端。在一些情形中，可以在该独立终端上安装IC卡或存储虚拟IC卡。

在另一实施例中，车载终端110可以是其他终端。在一些情形中，可以在终端上集成有车辆电子标签功能。例如，终端可以是带短程通信天线的手机、平板、计算机或其他移动设备等。类似地，可以在该终端上安装IC卡或存储虚拟IC卡。当终端进行娱乐活动时，终端可以在正常操作模式下运行。当终端启动车辆电子标签功能时，终端进入安全操作模式并在安全操作模式下运行直到退出车辆电子标签功能，从而确保所有的支付收费操作始终都在安全可信的环境下完成。当终端与ETC 控制系统进行通信时，用户终端也进入安全操作模式并在安全操作模式下运行直到完成相关通信，从而确保终端始终都在安全操作模式下交换敏感信息。

在又一实施例中，车载终端110可以指从应用商店或网络等下载安装到任何终端的ETC应用。ETC应用可以使用终端上的短程通信天线等。在一些情形中，ETC 应用可以使用所在终端上的IC卡。或者，ETC应用可以使用终端中所存储的虚拟 IC卡。又或者，虚拟IC卡可以与ETC应用一起下载到终端中。IC卡或虚拟IC卡可以包括ETC证书。在其他情形中，ETC证书可以直接与ETC应用一起下载到终端中。在一些示例中，ETC证书可以包括用于标识ETC服务器身份的信息，例如， ETC服务器身份信息等。另外，应用可以在线向ETC服务器注册ETC账户，如以上结合图3具体描述的。与线下安装电子车辆标签相比，下载应用并进行注册更为便利。

在一些情形中，独立终端或其他终端初始地可被安装有实体IC卡或存储有虚拟IC卡等。在另一些情形中，独立终端或其他终端初始地可以在其存储器上存储账户信息、ETC证书等。类似地，下载了ETC应用终端的可以在其存储器上存储虚拟IC卡或账户信息、ETC证书等。替换地，虚拟IC卡或ETC证书等可以与应用一起下载到终端中。ETC应用可以访问虚拟IC卡或ETC证书，例如，在安全操作模式下。ETC应用可以向ETC服务器在线注册账户。ETC证书例如可以包括用于标识ETC服务器身份的信息(例如，ETC服务器身份信息)以及ETC服务器发布的密钥等。

在一个实施例中，车载终端110可以包括车载通信天线(未示出)。在一个示例中，当车载终端110是独立终端时，该终端上可以装有能够与路侧单元120的ETC通信天线125进行通信的车载通信天线，诸如微波天线等。在另一示例中，当车载终端110被集成到其他终端上时，该终端可被集成有能够与路侧单元120的ETC通信天线125进行通信的天线，诸如微波天线等。在又一示例中，当车载终端110是从应用商店或网络等下载到终端的应用时，该终端可被集成有能够与路侧单元120的ETC通信天线125进行通信的天线，诸如微波天线等。例如，车载终端110和路侧单元120可以经由车载微波天线和ETC微波天线通过微波进行通信。

在一个示例中，车载终端110可以包括车载通信天线405、车载处理模块410、加解密模块415和存储模块420等。车载通信天线405可被配置成使用短程通信技术(诸如微波技术或其他短程通信技术等)与路侧单元进行通信。车载处理模块 410结合加解密模块415和存储模块420等执行应用于车载终端110处的电子不停车收费方法，如以下结合图6所解说的。

图5示出了根据本公开的各方面的路侧单元120的示例框图。在一个示例中，路侧单元120可以包括ETC通信天线505和ETC控制系统510等。

在一个实施例中，路侧单元120可以包括ETC通信天线505。例如，ETC 通信天线505可被配置成使用短程通信技术(诸如微波技术或其他短程通信技术等)与车载终端110进行通信。

在一个实施例中，ETC控制系统510可以包括ETC处理器515和ETC加解密模块520等。ETC处理器515结合ETC通信天线505和ETC加解密模块 520以及ETC服务器130等执行应用于路侧单元120处的电子不停车收费方法，如以下结合图7所解说的。

在一个示例中，路侧单元120可以进一步包括车辆检测器、费用显示器、自动栏杆机等。车辆检测器可被配置成检测车辆。当车辆检测器检测到车辆时，车辆检测器就向路侧单元120的ETC控制系统发送信号，ETC控制系统控制 ETC通信天线向即将到来的车辆上装载的车载通信天线发送通信信号。费用显示器可被配置成显示扣费信息。自动栏杆机可被配置成在完成扣费之后抬杆放车辆通信。

在一个示例中，ETC服务器130可以不与路侧单元120位于一处，并且能够与路侧单元120进行远程通信。例如，路侧单元120可以与ETC服务器130进行远程通信以执行加密、解密和扣费等操作。在另一示例中，ETC服务器130 可被集成到路侧单元120。例如，路侧单元120可以直接与ETC服务器130进行通信以完成相关操作，如结合图7具体描述的。

图6示出了根据本公开的各方面的应用于车载终端110处的电子不停车收费方法的示例流程图600。车载终端110在开始执行示例流程图600时进入安全操作模式。示例流程图600可以包括：

在框605，车载终端110可以响应于从路侧单元120接收到通信信号而生成认证请求消息并使用车载终端110处所存储的密钥对认证请求消息进行加密，其中认证请求消息可以包括用户身份信息等。在一个示例中，密钥可以存储在车载终端110处的存储模块410中。当车载终端是独立终端或其他用户终端时，密钥可被包括在存储在车载终端110处的存储模块410中的虚拟IC中。当车载终端是ETC 应用时，密钥可以在ETC应用向ETC服务器注册时生成。替换地，密钥可以与 ETC应用一起下载到终端处并保存在存储模块中以供进行加密解密。

在框610，车载终端110可以将经加密的认证请求消息发送给路侧单元120。路侧单元120随后将经加密的认证请求消息转发给ETC服务器。ETC服务器可以使用ETC服务器处所存储的密钥对经加密的认证请求消息进行解密以获得认证请求消息。随后，ETC服务器可以使用从认证请求消息中获得的用户身份信息结合 ETC服务器身份来生成认证响应消息，使用ETC服务器处所存储的密钥对认证响应消息进行加密，并将经加密的认证响应消息发送给路侧单元120。路侧单元120 将所接收的经加密的认证响应消息转发给车载终端110。

在框615，车载终端110可以从路侧单元120接收经加密的认证响应消息，其中经加密的认证响应消息是由路侧单元120响应于接收到经加密的认证请求消息而发送的。

在框620，车载终端110可以使用车载终端110处所存储的密钥对经加密的认证响应信息进行解密以获得认证响应消息，其中认证响应消息包括ETC服务器标识。

在框625，车载终端110可以验证ETC服务器标识是否可信。在一个示例中，车载终端110可以将从路侧单元120接收到的认证响应消息中所包括ETC服务器标识与车载终端110的存储模块410处所存储的ETC服务器标识进行比较，以验证ETC服务器是否可信。替换地，车载终端110可以使用用户身份信息结合所存储的ETC服务器身份信息来生成ETC服务器标识并将从路侧单元120接收到的认证响应消息中所包括ETC服务器标识与所生成的ETC服务器标识进行比较，以验证ETC服务器是否可信。如果两个ETC服务器标识一致，则ETC服务器是可信的。如果不一致，则ETC服务器是不可信的。

在框630，车载终端110可以在确定ETC服务器标识可信的情况下，使用密钥对账户信息进行加密并向路侧单元120发送经加密的账户信息。替换地，在确定 ETC服务器标识不可信的情况下，车载终端110将不发送账户信息给路侧单元120，以保护账户安全。

在以上操作中，在车载终端110与路侧单元120之间的通信可以通过车载通信天线405和ETC通信天线505进行。而车载终端110与ETC服务器之间的通信 (例如，注册)可以通过网络等进行通信。

图7示出了根据本公开的各方面的应用于路侧单元120处的电子不停车收费方法的示例流程图700。示例流程图700可以包括：

在框705，路侧单元120可以例如经由ETC通信天线505向车载终端发送通信信号。例如，通信信号可以为微波信号。

在框710，路侧单元120可以从车载终端110接收经加密的认证请求消息。例如，当车载终端110(具体为车载终端110的车载通信天线)接收到通信信号后，车载终端110生成认证请求消息并使用车载终端110处所存储的密钥对认证请求消息进行加密，并且随后将经加密的认证请求消息传送给路侧单元120，其中认证请求消息包括用户身份信息等。

在框715，路侧单元120可以将经加密的认证请求消息转发给ETC服务器，以供ETC服务器使用ETC服务器处所存储的密钥对经加密的认证请求消息进行解密以获得认证请求消息，并且使用从认证请求消息中获得的用户身份信息结合ETC 服务器身份来生成认证响应消息并使用密钥对认证响应消息进行加密，其中认证响应消息包括ETC服务器标识。ETC服务器随后可以将经加密的认证响应消息发送给路侧单元120。在一个示例中，密钥是车载终端110向ETC服务器注册之后存储在ETC服务器中的。

在框720，路侧单元120可以从ETC服务器接收经加密的认证响应消息。

在框725，路侧单元120可以向车载终端110发送经加密的认证响应消息。车载终端110可以使用车载终端110处所存储的密钥对经加密的认证响应消息进行解密以获得认证响应消息。车载终端110随后可以使用从认证响应消息中获得的ETC 服务器标识来认证ETC服务器。例如，车载终端110可以将所获得的ETC服务器标识与车载终端110处所存储的ETC服务器标识进行比较，以验证ETC服务器是否可信。替换地，车载终端110可以使用用户身份信息结合所存储的ETC服务器身份信息来生成ETC服务器标识并将从路侧单元120接收到的认证响应消息中所包括ETC服务器标识与所生成的ETC服务器标识进行比较，以验证ETC服务器是否可信。如果两个ETC服务器标识一致，则车载终端110可以确定ETC服务器是可信的。如果不一致，则可以确定ETC服务器是不可信的。

在框730，路侧单元120可以从车载终端110接收经加密的账户信息，其中经加密的账户信息是在ETC服务器标识通过车载终端110认证的情况下发送的。具体而言，如果两个ETC服务器标识一致，则车载终端110可以确定ETC服务器可信，并且随后可以使用车载终端110所存储的密钥对账户信息进行加密并发送给路侧单元120。

在框735，路侧单元120可以将经加密的账户信息转发给ETC服务器以供ETC 服务器使用ETC服务器处所存储的密钥对经加密的账户信息进行解密以获得账户信息并发起扣费。

在一些情形中，ETC服务器可以不与路侧单元120位于一处，但是能够与路侧单元120进行远程通信。在其他情形中，ETC服务器可以与路侧单元120处于一处。

本公开中所描述的电子不停车收费系统能够使车载终端在安全操作模式下与路侧单元进行双向认证，确保扣费等关键操作都在可信操作环境中完成，大大提高了安全性。

本领域技术人员可以从上述实施例中清楚地了解到本发明可以通过具有必要硬件的软件或者通过硬件，固件等来实现。基于这样的理解，本发明的实施例可以部分地以软件形式实现。计算机软件可以存储在可读存储介质中，例如软盘，硬盘，光盘或计算机的闪存。计算机软件包括一系列指令，以使计算机(例如，个人计算机，服务站或网络终端)执行根据本发明的各个实施例的方法或其一部分。

措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实施例、或解说”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必被解释为优于或胜过其他方面。

提供之前的描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。对这些方面的各种修改将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示的方面，而是应被授予与语言上的权利要求相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述除非特别声明，否则并非旨在表示“有且仅有一个”，而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。本发明通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种应用于车载终端处的电子不停车收费方法，包括：

响应于从路侧单元接收到通信信号，生成认证请求消息并使用密钥对所述认证请求消息进行加密，其中所述认证请求消息包括用户身份信息；

将经加密的认证请求消息发送给所述路侧单元；

从所述路侧单元接收经加密的认证响应消息，其中所述经加密的认证响应消息是由所述路侧单元响应于接收到所述经加密的认证请求消息而发送的；

使用所述密钥对所述经加密的认证响应信息进行解密以获得所述认证响应消息，其中所述认证响应消息包括ETC服务器标识；

验证所述ETC服务器标识是否可信；以及

在确定所述ETC服务器标识可信的情况下，使用所述密钥对账户信息进行加密并向所述路侧单元发送经加密的账户信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车载终端包括虚拟IC卡，所述虚拟IC包括由ETC服务器发布的ETC证书，所述ETC证书包括ETC服务器身份信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括使用用户身份信息结合ETC服务器身份信息生成ETC服务器标识并存储在所述车载终端中的存储器处。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，验证所述ETC服务器标识是否可信进一步包括：

将所述认证响应消息中所包括的ETC服务器标识与存储在所述车载终端中的存储器处的ETC服务器标识进行比较，以确定所述认证响应消息中所包括的ETC服务器标识是否可信。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括向ETC服务器发起注册，其中向所述ETC服务器发起注册包括：

生成密钥对A，所述密钥对A包括私钥A和公钥A；

生成握手请求消息并使用所述公钥B对所述握手请求消息进行加密，所述握手请求消息包括随机数A、公钥A和ETC服务器身份；

向所述ETC服务器发送经加密的握手请求消息；

从所述ETC服务器接收签名后的经加密的握手响应消息，其中所述签名后的经加密的握手响应消息是由所述ETC服务器响应于接收到所述经加密的握手请求消息而发送的，并且所述签名后的经加密的握手响应消息是由所述ETC服务器使用所述密钥A对所述握手响应消息进行加密并使用所述私钥B进行签名而得到的，并且其中所述握手响应消息包括随机数B；

使用所述公钥B验证所述签名后的经加密的握手响应消息并在通过验证后对经加密的握手响应消息进行解密以获得所述握手响应消息；

生成握手反馈消息并使用所述公钥B对所述握手反馈消息进行加密并使用所述私钥A进行签名，其中所述握手反馈消息包括随机数C和密钥衍生算法；

向所述ETC服务器发送签名后的经加密的握手反馈消息，其中所述签名后的经加密的握手反馈消息被所述ETC服务器验证并解密以获得所述握手反馈消息。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：

使用所述随机数A、所述随机数B、所述随机数C以及所述密钥衍生算法生成所述密钥并保存在所述车载终端处。

7.一种车载终端，包括：

车载通信天线；

存储模块，所述存储模块存储有密钥；

加解密模块，所述加解密模块被配置成使用存储模块中所存储的密钥进行加密和解密操作；

所述车载处理模块被配置成使用所述车载通信天线、所述存储模块和所述加解密模块来执行如权利要求1-6所述的方法。

8.一种应用于路侧单元处的电子不停车收费方法，包括：

向车载终端发送通信信号；

从所述车载终端接收经加密的认证请求消息，所述经加密的认证请求消息是由所述车载终端响应于接收到所述通信信号而发送的；

将所接收的经加密的认证消息转发给ETC服务器，以供所述ETC服务器使用存储在所述ETC服务器处的密钥对所述经加密的认证请求消息进行解密以获得所述认证请求消息，并且生成认证响应消息并使用所述密钥对所述认证响应消息进行加密，其中所述认证请求消息包括用户身份信息，其中所述认证响应消息包括ETC服务器标识，所述ETC服务器标识是由所述ETC服务器使用所述用户身份信息和所述ETC服务器身份来生成的；

从所述ETC服务器接收经加密的认证响应消息；

向所述车载终端发送经加密的认证响应消息；

从所述车载终端接收经加密的账户信息，其中所述经加密的账户信息是在所述车载终端确定所述ETC服务器标识可信的情况下发送的；以及

将所述经加密的账户信息转发给所述ETC服务器以供所述ETC服务器对所述经加密的账户信息进行解密以获得所述账户信息并发起扣费。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ETC服务器被集成在所述路侧单元处，或者所述ETC服务器与所述路侧单元分立两处并且能够进行远程通信。

10.一种路侧单元，包括：

ETC通信天线，所述ETC通信天线使用专用短程通信协议与车载通信天线进行通信；

ETC控制系统，所述ETC控制系统包括ETC处理器和加解密模块，所述ETC处理器被配置成使用所述加解密模块和所述ETC通信天线来执行如权利要求8-9中的任一项所述的方法。

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