CN114202812A - 基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统 - Google Patents

基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统 Download PDF

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CN114202812A CN202111539300.3A CN202111539300A CN114202812A CN 114202812 A CN114202812 A CN 114202812A CN 202111539300 A CN202111539300 A CN 202111539300A CN 114202812 A CN114202812 A CN 114202812A
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Abstract

本发明涉及一种基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统。该系统针对车联网自动化停车中的隐私认证与匿名支付问题，提出了一个高效的匿名停车支付系统，利用基于属性的可更新匿名凭证和零知识证明实现恒定高效的匿名停车费支付。为了进一步提高效率，本发明设计了基于线性同态加密的安全停车费聚合协议，该协议隐藏了每笔停车交易的金额，并保证了停车场在费用收益方面的私密性。此外，本发明实现了可审计匿名性，支持系统对恶意用户追踪并问责。

Description

基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统
技术领域
本发明涉及一种基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统。
背景技术
随着物联网和人工智能技术的发展，停车管理的数字化、自动化和智能化程度也与日俱增。智能停车是一种新兴的停车范式，涉及传感器、无线通信、GPS定位和人工智能等多个交叉领域。据市场调查显示，停车行业的市场规模正以14％的复合年增长率增长，并预计于2023年达到38亿美元。高速发展的停车技术有效地整合了车位配置、导航和车辆管理功能，最大限度地利用了停车资源，大幅提高了停车效率，也使停车场利润得到了可观的增长。
在为城市生活带来了诸多便利的同时，停车管理的自动化、智能化也为私家车辆(及其驾驶员)带来了隐私和安全隐患。近日，弗吉尼亚州亚历山大市的数百万司机就面临着个人信息泄露的风险，这就是由于所使用的停车应用程序ParkMobile遭到网络入侵所导致的。由于系统漏洞、信道窃听和管理不善等原因，司机的个人信息(如电话号码、电子邮件、车牌号码、停车记录和车辆描述等)容易遭到泄露并用于非法用途。此外，现有停车场通常依赖第三方支付平台(如支付宝、微信等)收取停车费。骇入上述平台的黑客可以收集司机的个人信息，链接停车账单和支付记录，并尝试分析司机的行为和轨迹。采用这些传统支付方式的司机面临着个人数据失窃和被滥用的风险。在自动化停车系统中引入匿名性是保护驾驶员隐私的有效手段。通过将司机的停车、付款记录与其个人标识相分离，不仅可以对司机的隐私进行有效保护，也能大幅降低数据泄露所带来的风险。
除了匿名性要求外，停车支付的效率和灵活性也是一个隐私保护的停车系统应当重点考量的环节。现有的许多匿名停车支付系统采用基于盲签名的匿名货币实现交易。具体来说，每一枚匿名货币的生成和验证都需要恒定的计算开销，支付的总开销会随着所使用的硬币货币的增加而线性增长。此外，上述解决方案也存在灵活性问题。例如，假设一枚货币价值10元，由于货币是不可分割的基本支付单位，停车场难以进行促销活动(例如费用打八折)或适当的价格调整(将停车费降低1元)。还有一些研究使用基于区块链的加密货币完成支付。例如，部分解决方案构建于以太坊区块链中，利用以太币支付停车费。虽然这样的支付是高效恒定的，但是支付者的地址会被记录在以太坊中，因此可以通过比较支付者的地址而链接并追踪司机的停车记录。
传统匿名停车方案往往只关注司机的隐私，而对停车场的隐私保护也是很有必要的。具体来说，停车场收取的每一笔停车费都需要保密。通过分析停车场的实时收入，商业竞争对手可以推断停车场的优惠策略，进而采取有针对性的竞争措施。在传统的数字支付应用中，具体的停车收入是向第三方支付平台公开的。如果这些平台中存储的数据被泄露，停车场收入的隐私将得不到保证。基于区块链的匿名停车支付方案通常将每笔付款的具体金额被记录在区块链上，以防止重复消费和透支，因而也不满足这一需求。因此，有必要一种安全的停车费聚合方式以保护停车场的收入隐私。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，首先，本发明利用可更新匿名凭证设计了一种高效的匿名支付方法，其支付过程中的开销是固定的，开销独立于每次支付的金额；本发明通过更新凭证的属性实现了支付的匿名性，在保证支付匿名且不可链接的同时，比现有解决方案更加高效；为了保护停车场的隐私性，本发明采用线性同态加密实现停车费用的安全聚合；本发明也实现了可审计匿名性，恶意司机的匿名性可以被仲裁器有效地撤销。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，包括：
证书颁发者端
Figure BDA0003414154160000021
Figure BDA0003414154160000022
负责为完成注册的司机颁发匿名凭证，为司机端
Figure BDA0003414154160000023
的停车卡充值，从停车卡中扣除停车费用，并向停车场端
Figure BDA0003414154160000024
支付聚合后的停车费，当发现任何司机实施恶意行为时，
Figure BDA0003414154160000025
会在仲裁者端
Figure BDA0003414154160000026
的监督下公开恶意司机的真实身份；
停车场端
Figure BDA0003414154160000027
Figure BDA0003414154160000028
为匿名司机提供停车服务并收取停车费用，
Figure BDA0003414154160000029
会验证
Figure BDA00034141541600000210
的匿名凭证，确保
Figure BDA00034141541600000211
的停车卡余额充足，并向其索要预付款收据；通过与
Figure BDA00034141541600000212
交互，
Figure BDA00034141541600000213
可以汇总预付款收据向
Figure BDA00034141541600000214
收取总停车费用；
司机端
Figure BDA00034141541600000215
Figure BDA00034141541600000216
向
Figure BDA00034141541600000217
注册并获取匿名凭证，通过与
Figure BDA00034141541600000218
交互，
Figure BDA00034141541600000219
可以为停车卡充值；在停车阶段，
Figure BDA00034141541600000220
与
Figure BDA00034141541600000221
进行交互，预支付停车费并生成一个预付款收据；然后，
Figure BDA00034141541600000222
与
Figure BDA00034141541600000223
运行一个交互式协议，以从停车卡中扣除停车费；
仲裁者端
Figure BDA00034141541600000224
Figure BDA00034141541600000225
是一个受信任的实体，负责监督
Figure BDA00034141541600000226
对恶意司机的追踪，防止可审计性被滥用。
在本发明一实施例中，该系统实现方式如下：
(1)系统初始化：在系统初始化阶段，
Figure BDA00034141541600000227
运行Setup算法生成系统公共参数；
(2)密钥生成：在密钥生成阶段，
Figure BDA00034141541600000228
和
Figure BDA00034141541600000229
生成各自的公私钥对；
(3)司机证书颁发：在使用停车服务前，
Figure BDA00034141541600000230
应当向
Figure BDA00034141541600000231
注册其身份标识符IDdv和公钥PKdv以成为一名合法用户；在此阶段，
Figure BDA00034141541600000232
可以预先支付val作为存储于停车卡中的初始余额；
(4)停车卡充值：当停车卡余额不足时，
Figure BDA0003414154160000031
与
Figure BDA0003414154160000032
运行TopUp协议以进行充值，并更新
Figure BDA0003414154160000033
匿名凭证中的余额；为保护司机的隐私，停车卡的充值是匿名且不可链接的；
(5)停车与预支付：当车辆离开停车场并结账时，
Figure BDA0003414154160000034
根据收费政策计算
Figure BDA0003414154160000035
应付的停车费chrg；然后，
Figure BDA0003414154160000036
执行Pre-Payment协议为
Figure BDA0003414154160000037
生成一个预付款收据；通过这一收据，
Figure BDA0003414154160000038
可以在费用扣除阶段从
Figure BDA0003414154160000039
的停车卡中扣除停车费用；
(6)停车费用扣除：在停车场进行预付费之后，
Figure BDA00034141541600000310
应与
Figure BDA00034141541600000311
交互更新匿名凭证creddv中的余额val和双花标识符dsid，否则在下一次停车时，
Figure BDA00034141541600000312
将会由于进行了双花行为而被侦测；
(7)支付聚合：
Figure BDA00034141541600000313
与
Figure BDA00034141541600000314
会定期交互以安全聚合停车费用，
Figure BDA00034141541600000315
会根据聚合结果向
Figure BDA00034141541600000316
支付总停车费；此处采用线性同态加密技术防止
Figure BDA00034141541600000317
知道每笔具体的停车费；
(8)司机追踪：如果发现恶意
Figure BDA00034141541600000318
存在双花行为或涉嫌刑事犯罪，就需要从预付款收据中恢复出司机的真实身份。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)高效停车支付：本发明提出了一种高效的匿名停车支付机制。本发明将司机的停车卡余额视作匿名凭证的属性，利用凭证属性更新协议实现停车费的高效支付，使得支付与充值可以在恒定时间内完成，避免了支付开销随停车费增加而线性增长所带来的计算负担。
(2)匿名且不可链接认证：本发明以属性匿名凭证为基础，在验证停车司机具有合法身份的同时，确保司机执行充值阶段、停车与预支付阶段、扣费阶段的过程是匿名且不可链接的。停车场与证书颁发者无法通过司机提交的请求判断出司机的真实身份，也无法通过链接不同的匿名凭证或与支付收据来链接同一个司机的不同停车记录。
(3)停车费安全聚合：本发明支持停车场安全聚合多笔交易，而不泄露每一笔交易的确切停车费用。本发明引入线性同态加密计算，允许停车场对具体停车费用加密并聚合。同时，零知识证明的使用也确保了停车场对协议的正确执行。
(4)快速双花检测和可审计匿名：本发明设计了一种高效的双花检测机制。首先，司机的匿名凭证中包含一个唯一的双花标识符，每当停车时司机进行预支付，都需要揭示该标识符。只有在后续阶段诚实执行扣费协议的司机才能更新双花标识符。如果司机企图逃避扣费，将会由于重复的标识符而被快速检测。同时，本发明还提供了可审计匿名性，双花司机的身份可以在仲裁者协助下被追踪。
(5)属性可更新：在本发明中，停车凭据是用属性向量参数化的(例如驾驶证号、驾驶年限、车辆类型、余额等)，当进行身份验证时，司机可以证明属性满足某些优惠政策而无需泄露其他信息(例如持有军官证或残疾人证)。本发明允许用户在属性发生变动时直接更新属性，而无需重新申请匿名凭证。属性更新过程是隐私保护的，证书颁发者仅能了解更新的正确执行，而无法得知更新前后的属性。
用途：
实现支付匿名性是车联网自动化停车应用的迫切需求。现有的匿名停车支付大多方案存在效率低下或灵活性不足的问题，单次支付所需的计算和通信成本会随着支付金额的增加而线性增加。本发明提出了一个基于可更新匿名凭证的高效匿名停车支付系统，实现了匿名且不可链接的车辆认证与高效的匿名支付。为了进一步提高效率与保护隐私，本发明基于线性同态加密与零知识证明构建了一个安全停车费聚合机制，隐藏了每笔停车交易的金额，并保证了停车场的收益隐私。本发明允许对实施双花行为或其他恶意行为的司机快速检测并问责，实现了有效的双花对策与可审计匿名。
附图说明
图1为本发明系统模型。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明：一种基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，包括：
证书颁发者
Figure BDA0003414154160000041
Figure BDA0003414154160000042
负责为完成注册的司机颁发匿名凭证，为司机端
Figure BDA0003414154160000043
的停车卡充值，从停车卡中扣除停车费用，并向停车场端
Figure BDA0003414154160000044
支付聚合后的停车费，当发现任何司机实施恶意行为时，
Figure BDA0003414154160000045
会在仲裁者端
Figure BDA0003414154160000046
的监督下公开恶意司机的真实身份；
停车场端
Figure BDA0003414154160000047
Figure BDA0003414154160000048
为匿名司机提供停车服务并收取停车费用，
Figure BDA0003414154160000049
会验证
Figure BDA00034141541600000410
的匿名凭证，确保
Figure BDA00034141541600000411
的停车卡余额充足，并向其索要预付款收据；通过与
Figure BDA00034141541600000412
交互，
Figure BDA00034141541600000413
可以汇总预付款收据向
Figure BDA00034141541600000414
收取总停车费用；
司机端
Figure BDA00034141541600000415
Figure BDA00034141541600000416
向
Figure BDA00034141541600000417
注册并获取匿名凭证，通过与
Figure BDA00034141541600000418
交互，
Figure BDA00034141541600000419
可以为停车卡充值；在停车阶段，
Figure BDA00034141541600000420
与
Figure BDA00034141541600000421
进行交互，预支付停车费并生成一个预付款收据；然后，
Figure BDA00034141541600000422
与
Figure BDA00034141541600000423
运行一个交互式协议，以从停车卡中扣除停车费；
仲裁者端
Figure BDA00034141541600000424
Figure BDA00034141541600000425
是一个受信任的实体，负责监督
Figure BDA00034141541600000426
对恶意司机的追踪，防止可审计性被滥用。
该系统实现方式如下：
(1)系统初始化：在系统初始化阶段，
Figure BDA00034141541600000427
运行Setup算法生成系统公共参数；
(2)密钥生成：在密钥生成阶段，
Figure BDA00034141541600000428
和
Figure BDA00034141541600000429
生成各自的公私钥对；
(3)司机证书颁发：在使用停车服务前，
Figure BDA0003414154160000051
应当向
Figure BDA0003414154160000052
注册其身份标识符IDdv和公钥PKdv以成为一名合法用户；在此阶段，
Figure BDA0003414154160000053
可以预先支付val作为存储于停车卡中的初始余额；
(4)停车卡充值：当停车卡余额不足时，
Figure BDA0003414154160000054
与
Figure BDA0003414154160000055
运行TopUp协议以进行充值，并更新
Figure BDA0003414154160000056
匿名凭证中的余额；为保护司机的隐私，停车卡的充值是匿名且不可链接的；
(5)停车与预支付：当车辆离开停车场并结账时，
Figure BDA0003414154160000057
根据收费政策计算
Figure BDA0003414154160000058
应付的停车费chrg；然后，
Figure BDA0003414154160000059
执行Pre-Payment协议为
Figure BDA00034141541600000510
生成一个预付款收据；通过这一收据，
Figure BDA00034141541600000511
可以在费用扣除阶段从
Figure BDA00034141541600000512
的停车卡中扣除停车费用；
(6)停车费用扣除：在停车场进行预付费之后，
Figure BDA00034141541600000513
应与
Figure BDA00034141541600000514
交互更新匿名凭证creddv中的余额val和双花标识符dsid，否则在下一次停车时，
Figure BDA00034141541600000515
将会由于进行了双花行为而被侦测；
(7)支付聚合：
Figure BDA00034141541600000516
与
Figure BDA00034141541600000517
会定期交互以安全聚合停车费用，
Figure BDA00034141541600000518
会根据聚合结果向
Figure BDA00034141541600000519
支付总停车费；此处采用线性同态加密技术防止
Figure BDA00034141541600000520
知道每笔具体的停车费；
(8)司机追踪：如果发现恶意
Figure BDA00034141541600000521
存在双花行为或涉嫌刑事犯罪，就需要从预付款收据中恢复出司机的真实身份。
以下为本发明具体实现过程。
1、本发明涉及部分符号变量说明如表1所示。
表1：符号变量
Figure BDA00034141541600000522
Figure BDA0003414154160000061
2、本发明系统中涉及如下算法。
1.Setup(1λ)→pp.该算法由
Figure BDA0003414154160000062
执行，以安全参数1λ为输入，生成系统公共参数pp。
2.CI.KeyGen(pp)→(SKci,PKci).该算法由
Figure BDA0003414154160000063
执行，以公共参数pp为输入，生成其公私钥对(SKci,PKci)。
3.PL.KeyGen(pp)→(SKpl,PKpl).该算法由
Figure BDA0003414154160000064
执行，以公共参数pp为输入，生成其公私钥对(SKpl,PKpl)。
4.AR.KeyGen(pp)→(SKar,PKar).该算法由
Figure BDA0003414154160000065
执行，以公共参数pp为输入，生成其公私钥对(SKar,PKar)。
5.DV.KeyGen(pp)→(SKdv,PKdv).该算法由
Figure BDA0003414154160000071
执行，以公共参数pp为输入，生成其公私钥对(SKdv,PKdv)。
6.
Figure BDA0003414154160000072
通过与
Figure BDA0003414154160000073
交互运行此算法。
Figure BDA0003414154160000074
以其私钥-公钥对(SKdv,PKdv)、身份标识符IDdv和初始预支付余额val为输入；
Figure BDA0003414154160000075
以其私钥-公钥对(SKci,PKci)为输入。交互返回
Figure BDA0003414154160000076
一个匿名凭证creddv和一个双花标识符dsid。
7.
Figure BDA0003414154160000077
通过与
Figure BDA0003414154160000078
交互运行此算法。
Figure BDA0003414154160000079
以其私钥SKdv、匿名凭证creddv、双花标识符dsid、停车卡余额val和充值额inc为输入；
Figure BDA00034141541600000710
以其私钥-公钥对(SKci,PKci)为输入。交互返回
Figure BDA00034141541600000711
一个更新后的匿名凭证
Figure BDA00034141541600000712
和一个充值后的余额val*。
8.
Figure BDA00034141541600000713
Figure BDA00034141541600000714
通过与
Figure BDA00034141541600000715
交互运行此算法。
Figure BDA00034141541600000716
以其私钥SKdv、
Figure BDA00034141541600000717
的公钥PKpl、
Figure BDA00034141541600000718
的公钥PKar、匿名凭证creddv、双花标识符dsid、停车卡余额val和停车费chrg为输入；
Figure BDA00034141541600000719
以其私钥-公钥对(SKpl,PKpl)为输入。交互返回
Figure BDA00034141541600000720
一个预付款收据(Tdv,Edv,Cdv)。
9.
Figure BDA00034141541600000721
通过与
Figure BDA00034141541600000722
交互运行此算法。
Figure BDA00034141541600000723
以其私钥SKdv、匿名凭证creddv、双花标识符dsid、停车卡余额val、停车费chrg和Tdv为输入；
Figure BDA00034141541600000724
以其私钥-公钥对(SKci,PKci)为输入。交互返回
Figure BDA00034141541600000725
一个更新后的匿名凭证
Figure BDA00034141541600000726
一个更新后的双花标识符dsid*和一个充值后的余额val*。
10.
Figure BDA00034141541600000727
通过与
Figure BDA00034141541600000728
交互运行此算法。
Figure BDA00034141541600000729
以其私钥-公钥对(SKpl,PKpl)、收集的预付款收据
Figure BDA00034141541600000730
和对应的停车费用{chrgi}i∈I为输入；
Figure BDA00034141541600000731
以其私钥-公钥对(SKci,PKci)为输入。交互结束后，
Figure BDA00034141541600000732
支付聚合的停车费用Chrg＝∑i∈Ichrgi给
Figure BDA00034141541600000733
11.
Figure BDA00034141541600000734
通过与
Figure BDA00034141541600000735
交互运行此算法。
Figure BDA00034141541600000736
以其私钥SKci和一个预付款收据(Tdv,Edv,Cdv)为输入；
Figure BDA0003414154160000081
以其私钥SKar为输入。交互将返回生成元组(Tdv,Edv,Cdv)的恶意司机的真实身份标识符IDdv。
3、本发明涉及其他相关算法：
1)、双线性群与假设
令
Figure BDA0003414154160000082
为阶为素数p的乘法循环群。若以下三个性质成立，则e:
Figure BDA0003414154160000083
为一个双线性映射：(1)双线性性：对所有
Figure BDA0003414154160000084
和a,
Figure BDA0003414154160000085
等式
Figure BDA0003414154160000086
成立。(2)非退化性：对所有
Figure BDA0003414154160000087
和
Figure BDA0003414154160000088
(3)可计算性：
Figure BDA0003414154160000089
可被高效计算。
假设1(LRSW假设)令
Figure BDA00034141541600000810
为一个Type-III的双线性群。g和
Figure BDA00034141541600000811
分别为群
Figure BDA00034141541600000812
和
Figure BDA00034141541600000813
的生成元。对一个给定的四元组
Figure BDA00034141541600000814
(其中x,
Figure BDA00034141541600000815
)，我们定义寓言机
Figure BDA00034141541600000816
其对每个输入
Figure BDA00034141541600000817
会随机选取
Figure BDA00034141541600000818
输出三元组T＝(h,hy,hx +my)。若任何拥有访问寓言机
Figure BDA00034141541600000819
权限的敌手
Figure BDA00034141541600000820
都无法在未向寓言机查询m*的前提下，输出同样形式的三元组
Figure BDA00034141541600000821
则我们认为LRSW假设成立。
假设2(divisible decision Diffie-Hellman(DDDH)假设)给定四元组(g,ga,gb,r)，其中
Figure BDA00034141541600000822
a,b,
Figure BDA00034141541600000823
我们定义敌手在DDDH假设中的优势为
Figure BDA00034141541600000824
其中λ为安全参数。如果优势
Figure BDA00034141541600000825
是可忽略的，则我们认为DDDH假设成立。
2)、零知识证明
零知识证明(zero-knowledge proof，ZKP)是一种常用的密码学方法，通过这种方法，证明者能够向验证者证明某一语句是正确的，而不泄露任何冗余信息。具体来说，语言
Figure BDA00034141541600000826
的知识证明(proofofknowledge，PoK)协议可表示为
Figure BDA00034141541600000827
其中证明者P旨在保密见证w的同时，使验证者V相信见证w和公开陈述x之间满足关系R。若以下性质成立，则一个证明可被认为是零知识证明：
完备性(Completeness)。如果P知道满足关系(w,x)∈R的秘密见证w的知识，则V以不低于1-∈(x)的概率接受该证明，其中∈(x)是可忽略的。
稳健性(Soundness)。如果P是一个对满足关系(w,x)∈R的秘密见证w一无所知的作弊证明者，则V以不低于1-∈(x)的概率拒绝该证明，其中∈(x)是可忽略的。
辅助输入零知识(Auxiliary-input Zero-Knowledge)。对所有多项式时间验证者V，存在多项式时间模拟器MV，使得分布
Figure BDA0003414154160000091
与
Figure BDA00034141541600000917
是不可区分的(其中y为V的辅助输入)。
3)、PS签名
PS签名是一个由Pointcheval和Sanders提出的可随机化短签名。该签名该具有与CL签名相同的特性，但是签名长度更短(仅两个群元素)，签名和验证的计算效率更高。本发明将PS签名作为匿名凭证的一个基本构建块。一个多消息PS盲签名方案由以下多项式时间算法组成：
Setup(1λ)→pp:该算法以安全参数λ为输入，生成阶为p的Type-III双线性群
Figure BDA0003414154160000092
和一个双线性映射e:
Figure BDA0003414154160000093
设置
Figure BDA0003414154160000094
Keygen(pp,1n)→(sk,pk):签名者随机选取
Figure BDA0003414154160000095
并保证
Figure BDA0003414154160000096
成立。接着，签名者选取
Figure BDA0003414154160000097
计算
Figure BDA0003414154160000098
和
Figure BDA0003414154160000099
算法输出sk＝X，
Figure BDA00034141541600000910
Commit(pp,pk,{mi}i∈[n])→cmt:用户选取
Figure BDA00034141541600000911
计算承诺
Figure BDA00034141541600000912
算法输出cmt并将其发送给签名者。
Sign(pp,pk,sk,cmt)→σ′:给定一个承诺cmt，签名者选取
Figure BDA00034141541600000913
通过计算σ′＝(gu,(X·cmt)u)对承诺签名。
Unblind(pp,pk,σ′,{mi}i∈[n],t)→(σ/⊥):给定签名σ′，用户计算
Figure BDA00034141541600000914
并校验等式
Figure BDA00034141541600000915
如果等式成立，算法输出σ；否则，算法中断。
Verify(pp,pk,σ,{mi}i∈[n])→(1/0):验证者验证等式
Figure BDA00034141541600000916
若等式成立，算法输出1；否则算法输出0。
4)、线性同态加密
线性同态加密(linear homomorphic encryption，LHE)是Elgamal加密的一种扩展。加密方案保留了加法同态性，即E(m1)·E(m2)＝E(m1+m2)。一个线性同态加密方案由下列算法构成。
Setup(1λ)→pp:以安全参数λ为输入，算法选取阶为p的循环群G，输出公共参数pp＝(G,p)。
Keygen(pp)→(sk,pk):用户随机选取
Figure BDA0003414154160000101
与x,
Figure BDA0003414154160000102
计算X＝gx,Y＝gy。算法输出私钥sk＝(x,y)，公钥pk＝(g,X,Y)。
Enc(pp,pk,m)→c:对待加密的消息m，算法选取a,
Figure BDA0003414154160000103
计算密文c＝(c1,c2,c3)＝(Xa,Yb,ga+bm)。
Dec(pp,sk,c)→m:对待解密的密文c，算法计算
Figure BDA0003414154160000104
5)、可更新匿名凭证
可更新匿名凭证系统(updatable anonymous credential systems，UACS)是一种基于属性的匿名凭证，具有隐私保护属性更新的特性。在UACS中，用户可以与他的证书颁发者交互以更新凭据属性，而无需向颁发者透露这些属性。要安全地更新一组属性，应当预定义一个更新函数ψ。持有属性
Figure BDA0003414154160000105
与隐藏参数α的用户与颁发者交互运行更新协议，以获得具有新属性
Figure BDA0003414154160000106
的匿名凭证。通过执行零知识证明协议，证书颁发者可以确保属性的更新正确执行，而无需了解
Figure BDA0003414154160000107
与α的任何信息。UACS由以下算法组成。
Setup(1λ)→cpp:Setup算法生成系统公共参数cpp，其中包含盲签名方案Πsig的公共参数和ZKP系统的参数。
IssuerKeyGen(cpp,1n)→(sk,pk):在该算法中，证书颁发者运行Πsig的KeyGen算法生成自己的密钥对(sk,pk)。
Figure BDA0003414154160000108
在该算法中，用户与证书颁发者运行一个交互式协议生成匿名凭证cred。用户首先生成一个更新参数α，保证初始属性
Figure BDA0003414154160000109
然后，用户与颁发者执行零知识证明协议和盲签名协议，以与
Figure BDA00034141541600001010
相关联的有效匿名凭证。
Figure BDA00034141541600001011
在该算法中，用户与证书颁发者交互以获得更新的凭据凭证cred*。用户首先在
Figure BDA00034141541600001012
上计算更新参数α和承诺cmt。通过执行ZKP协议，用户向证书颁发者证明
Figure BDA00034141541600001013
和
Figure BDA00034141541600001014
如果证明被接受，颁发者对cmt签名以生成cred*。
Figure BDA00034141541600001015
在该算法中，用户和验证者首先就揭露谓词φ达成共识。然后，用户生成证书cred的一个表示，并将其连同零知识证明一起发送给验证者。验证者运行Πsig的Verify算法与零知识证明，以确保证书属性满足谓词
Figure BDA0003414154160000111
如果以上验证通过，则验证者输出1，否则输出0。
如图1所示，本发明所提出的系统由以下四个实体构成。
(1)证书颁发者
Figure BDA0003414154160000112
Figure BDA0003414154160000113
负责为完成注册的司机颁发匿名凭证(相当于停车卡)(步骤①)，为
Figure BDA0003414154160000114
的停车卡充值(步骤②)，从停车卡中扣除停车费用(步骤④)，并向
Figure BDA0003414154160000115
支付聚合后的停车费(步骤⑤)。当发现任何司机实施了恶意行为时，
Figure BDA0003414154160000116
会在
Figure BDA0003414154160000117
的监督下公开恶意司机的真实身份(步骤⑥)。
(2)停车场
Figure BDA0003414154160000118
在本发明中，
Figure BDA0003414154160000119
为匿名司机提供停车服务并收取停车费用(步骤③)，
Figure BDA00034141541600001110
会验证
Figure BDA00034141541600001111
的匿名凭证，确保
Figure BDA00034141541600001112
的停车卡余额充足，并向其索要预付款收据。通过与
Figure BDA00034141541600001113
交互，
Figure BDA00034141541600001114
可以汇总预付款收据向
Figure BDA00034141541600001115
收取总停车费用(步骤⑤)。
(3)司机
Figure BDA00034141541600001116
Figure BDA00034141541600001117
向
Figure BDA00034141541600001118
注册并获取匿名凭证(①)。通过与
Figure BDA00034141541600001119
交互，
Figure BDA00034141541600001120
可以为停车卡充值(步骤②)。在停车阶段，
Figure BDA00034141541600001121
与
Figure BDA00034141541600001122
进行交互，预支付停车费并生成一个预付款收据(步骤③)。然后，
Figure BDA00034141541600001123
与
Figure BDA00034141541600001124
运行一个交互式协议，以从停车卡中扣除停车费(步骤④)。
(4)仲裁者
Figure BDA00034141541600001125
Figure BDA00034141541600001126
是一个受信任的实体，负责监督
Figure BDA00034141541600001127
对恶意司机的追踪，防止可审计性被滥用(步骤⑥)。
本发明系统具体执行如下：
1、系统初始化
在系统初始化阶段，
Figure BDA00034141541600001128
运行Setup算法生成系统公共参数。
Setup(1λ)→pp.
给定安全参数1λ，
Figure BDA00034141541600001129
生成双线性映射e:
Figure BDA00034141541600001130
其中
Figure BDA00034141541600001131
和
Figure BDA00034141541600001132
是阶为p的循环群。选取
Figure BDA00034141541600001133
的生成元g,w、
Figure BDA00034141541600001134
的生成元
Figure BDA00034141541600001135
和一个抗冲突哈希函数H:
Figure BDA00034141541600001136
算法输出公共参数
Figure BDA00034141541600001137
2、密钥生成
在密钥生成阶段，
Figure BDA00034141541600001138
和
Figure BDA00034141541600001139
生成各自的公私钥对。
CI.KeyGen(pp)→(SKci,PKci).
Figure BDA00034141541600001140
随机选取x，y1，y2，y3，
Figure BDA00034141541600001141
计算
Figure BDA0003414154160000121
和
Figure BDA0003414154160000122
Figure BDA0003414154160000123
输出SKci＝(x,y1,y2,y3,z)和
Figure BDA0003414154160000124
作为私钥-公钥对。
PL.KeyGen(pp)→(SKpl,PKpl).
Figure BDA0003414154160000125
随机选取
Figure BDA0003414154160000126
并计算
Figure BDA0003414154160000127
算法输出
Figure BDA0003414154160000128
的私钥-公钥对(SKpl,PKpl)＝(xpl,Ypl)。
AR.KeyGen(pp)→(SKar,PKar).
Figure BDA0003414154160000129
随机选取
Figure BDA00034141541600001210
并计算
Figure BDA00034141541600001211
算法输出
Figure BDA00034141541600001212
的私钥-公钥对(SKar,PKar)＝(xar,Yar)。
DV.KeyGen(pp)→(SKdv,PKdv).
Figure BDA00034141541600001213
随机选取
Figure BDA00034141541600001214
并计算
Figure BDA00034141541600001215
算法输出
Figure BDA00034141541600001216
的私钥-公钥对(SKdv,PKdv)＝(xdv,Ydv)。
3、司机证书颁发
在使用停车服务前，司机
Figure BDA00034141541600001217
应当向
Figure BDA00034141541600001218
注册其身份标识符IDdv和公钥PKdv以成为一名合法用户。在此阶段，
Figure BDA00034141541600001219
可以预先支付val作为存储于停车卡中的初始余额。
Figure BDA00034141541600001220
该协议通过
Figure BDA00034141541600001221
与
Figure BDA00034141541600001222
间的交互执行。
Figure BDA00034141541600001223
随机选取dsiddv,
Figure BDA00034141541600001224
其中dsiddv将作为
Figure BDA00034141541600001225
的双花标识符中的一个部件，而kdv则是一个随机数。
Figure BDA00034141541600001226
计算承诺
Figure BDA00034141541600001227
和一个相应的零知识证明
Figure BDA00034141541600001228
Figure BDA00034141541600001229
发送
Figure BDA00034141541600001230
给
Figure BDA00034141541600001231
收到来自
Figure BDA00034141541600001232
的证书颁发请求后，
Figure BDA00034141541600001233
验证证明
Figure BDA00034141541600001234
的有效性。如果该证明是有效的，对承诺Cmdv,1生成签名
Figure BDA00034141541600001235
其中
Figure BDA00034141541600001236
(rci,dsidci为
Figure BDA00034141541600001237
上的随机数)。
Figure BDA00034141541600001238
保存(PKdv,IDdv)，并返回
Figure BDA00034141541600001239
给
Figure BDA00034141541600001240
收到消息后，
Figure BDA00034141541600001241
从签名中计算其匿名凭证creddv＝(σdv,1,σdv,2)，其中
Figure BDA00034141541600001242
而
Figure BDA0003414154160000131
Figure BDA0003414154160000132
使用dsid＝dsiddv+dsidci作为双花标识符，并通过检验等式
Figure BDA0003414154160000133
来验证匿名凭证creddv的有效性。如果凭证是有效的，
Figure BDA0003414154160000134
存储(creddv,dsid)。
4、停车卡充值
当停车卡余额不足时，
Figure BDA0003414154160000135
与
Figure BDA0003414154160000136
运行TopUp协议以进行充值，并更新
Figure BDA0003414154160000137
匿名凭证中的余额。为了保护司机的隐私，停车卡的充值是匿名且不可链接的。
Figure BDA0003414154160000138
该协议通过
Figure BDA0003414154160000139
与
Figure BDA00034141541600001310
间的交互执行。为保证充值过程的不可链接性，
Figure BDA00034141541600001311
首先选取ψdv,
Figure BDA00034141541600001312
对凭证creddv进行随机化，得到一个盲化的凭证
Figure BDA00034141541600001313
其次，
Figure BDA00034141541600001314
对(xdv,dsid,val,φdv)生成零知识证明：
Figure BDA00034141541600001315
令
Figure BDA00034141541600001316
打算充值的金额为inc，则
Figure BDA00034141541600001317
向
Figure BDA00034141541600001318
发送
Figure BDA00034141541600001319
作为充值请求。
在验证
Figure BDA00034141541600001320
的有效性后，
Figure BDA00034141541600001321
选取
Figure BDA00034141541600001322
并计算
Figure BDA00034141541600001323
其中
Figure BDA00034141541600001324
Figure BDA00034141541600001325
接着，
Figure BDA00034141541600001326
将
Figure BDA00034141541600001327
发送给
Figure BDA00034141541600001328
Figure BDA00034141541600001329
更新匿名凭证
Figure BDA00034141541600001330
其中
Figure BDA00034141541600001331
若等式
Figure BDA00034141541600001332
成立，则认为更新后的凭证
Figure BDA00034141541600001333
是有效的，
Figure BDA00034141541600001334
存储
Figure BDA00034141541600001335
5、停车与预支付
当车辆离开停车场并结账时，
Figure BDA00034141541600001336
根据收费政策计算
Figure BDA00034141541600001337
应付的停车费chrg。然后，
Figure BDA00034141541600001338
执行Pre-Payment协议为
Figure BDA00034141541600001339
生成一个预付款收据。通过这一收据，
Figure BDA00034141541600001340
可以在费用扣除阶段从
Figure BDA00034141541600001341
的停车卡中扣除停车费用。
Figure BDA00034141541600001342
→(Tdv,Edv,Cdv).该协议通过
Figure BDA00034141541600001343
与
Figure BDA00034141541600001344
间的交互执行。
Figure BDA00034141541600001345
选取ξdv,ζdv,cdv,ddv,
Figure BDA00034141541600001346
将凭证creddv随机化为
Figure BDA0003414154160000141
接着，
Figure BDA0003414154160000142
计算与双花标识符dsid相绑定的Tdv＝wdsid，并对停车费chrg计算一个承诺Cdv＝(Cdv,1,Cdv,2)：
Figure BDA0003414154160000143
Figure BDA0003414154160000144
Figure BDA0003414154160000145
计算零知识证明
Figure BDA0003414154160000146
并
Figure BDA0003414154160000147
给
Figure BDA0003414154160000148
零知识证明
Figure BDA0003414154160000149
具体如下：
Figure BDA00034141541600001410
收到来自
Figure BDA00034141541600001411
的请求后，
Figure BDA00034141541600001412
检查
Figure BDA00034141541600001413
的有效性，这是确保了
Figure BDA00034141541600001414
是一个合法的司机，并能够负担停车费(即
Figure BDA00034141541600001415
停车卡中的余额val不低于chrg)。如果上述验证通过，
Figure BDA00034141541600001416
存储收到的数据，并将(Tdv,Edv,Cdv)发送给
Figure BDA00034141541600001417
由于Tdv＝wdsid包含了双花标识符dsid，
Figure BDA00034141541600001418
能够通过判断Tdv是否重复出现来进行双花检测。
6、停车费用扣除
在停车场进行预付费之后，
Figure BDA00034141541600001419
应与
Figure BDA00034141541600001420
交互更新匿名凭证creddv中的余额val和双花标识符dsid(匿名凭证中余额的更新即为停车费的扣除)。否则在下一次停车时，
Figure BDA00034141541600001421
将会由于进行了双花行为而被侦测。
Figure BDA00034141541600001422
该协议通过
Figure BDA00034141541600001423
与
Figure BDA00034141541600001424
间的交互执行。
Figure BDA00034141541600001425
选取δdv,∈dv,
Figure BDA00034141541600001426
计算
Figure BDA00034141541600001427
此外，
Figure BDA00034141541600001428
对更新后的双花标识符dsid*＝dsid+edv和停车卡余额val*＝val-chrg，计算承诺
Figure BDA00034141541600001429
(edv为停车和预支付阶段中生成的随机数)。
Figure BDA00034141541600001430
生成零知识证明
Figure BDA00034141541600001431
并发送
Figure BDA00034141541600001432
给
Figure BDA00034141541600001433
零知识证明
Figure BDA00034141541600001434
具体如下：
Figure BDA00034141541600001435
由于在预支付阶段中，
Figure BDA0003414154160000151
已将(Tdv,Edv,Cdv)发给了
Figure BDA0003414154160000152
Figure BDA0003414154160000153
可以使用Tdv将其与收到的请求相关联。如果
Figure BDA0003414154160000154
是有效的，
Figure BDA0003414154160000155
计算
Figure BDA0003414154160000156
(δci,∈ci为随机数)，并返回
Figure BDA0003414154160000157
Figure BDA0003414154160000158
从签名中派生更新后的匿名凭证
Figure BDA0003414154160000159
其中
Figure BDA00034141541600001510
Figure BDA00034141541600001511
如果等式
Figure BDA00034141541600001512
成立，
Figure BDA00034141541600001513
更新dsid*＝dsid+edv，val*＝val-chrg，并保存
Figure BDA00034141541600001514
7、支付聚合
在本发明中，
Figure BDA00034141541600001515
与
Figure BDA00034141541600001516
会定期交互以安全聚合停车费用，
Figure BDA00034141541600001517
会根据聚合结果向
Figure BDA00034141541600001518
支付总停车费。本发明采用线性同态加密技术防止
Figure BDA00034141541600001519
知道每笔具体的停车费。
Figure BDA00034141541600001520
首先，
Figure BDA00034141541600001521
收集停车交易的标识符并将其插入列表
Figure BDA00034141541600001522
Figure BDA00034141541600001523
计算
Figure BDA00034141541600001524
与一个零知识证明
Figure BDA00034141541600001525
并发送
Figure BDA00034141541600001526
给
Figure BDA00034141541600001527
在验证
Figure BDA00034141541600001528
的有效性后，
Figure BDA00034141541600001529
计算
Figure BDA00034141541600001530
Figure BDA00034141541600001531
其中Chrg＝∑i∈Ichrgi为
Figure BDA00034141541600001532
应当支付的总停车费用。
Figure BDA00034141541600001533
检验
Figure BDA00034141541600001534
如果等式成立，
Figure BDA00034141541600001535
向
Figure BDA00034141541600001536
支付Chrg。
8、司机追踪
如果发现恶意
Figure BDA00034141541600001537
存在双花行为或涉嫌刑事犯罪，就需要从预付款收据中恢复出司机的真实身份。如果Trace算法由
Figure BDA00034141541600001538
独立执行，可能会在正常情况下侵犯司机的隐私。因此，为了避免问责的滥用，Trace算法需要
Figure BDA00034141541600001539
和仲裁者
Figure BDA00034141541600001540
的协同执行
Figure BDA00034141541600001541
该算法以可疑的预支付记录(Tdv,Edv,Cdv)为输入。
Figure BDA00034141541600001542
首先利用私钥z计算Cci,3＝(Edv,2)z，并将预支付记录(Tdv,Edv,Cdv)和Cci,3发送给
Figure BDA00034141541600001543
如果追踪是合理的，
Figure BDA00034141541600001544
计算
Figure BDA00034141541600001545
Figure BDA00034141541600001546
并返回恶意司机的公钥PKdv。由于
Figure BDA00034141541600001547
在证书颁发阶段存储了元组(PKdv,IDdv)，因此可以直接从恶意司机的公钥PKdv中揭示其真实身份IDdv。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，包括：
证书颁发者
Figure FDA0003414154150000011
Figure FDA0003414154150000012
负责为完成注册的司机颁发匿名凭证，为司机端
Figure FDA0003414154150000013
的停车卡充值，从停车卡中扣除停车费用，并向停车场端
Figure FDA0003414154150000014
支付聚合后的停车费，当发现任何司机实施恶意行为时，
Figure FDA0003414154150000015
会在仲裁者端
Figure FDA0003414154150000016
的监督下公开恶意司机的真实身份；
停车场端
Figure FDA0003414154150000017
Figure FDA0003414154150000018
为匿名司机提供停车服务并收取停车费用，
Figure FDA0003414154150000019
会验证
Figure FDA00034141541500000110
的匿名凭证，确保
Figure FDA00034141541500000111
的停车卡余额充足，并向其索要预付款收据；通过与
Figure FDA00034141541500000112
交互，
Figure FDA00034141541500000113
可以汇总预付款收据向
Figure FDA00034141541500000114
收取总停车费用；
司机端
Figure FDA00034141541500000115
Figure FDA00034141541500000116
向
Figure FDA00034141541500000117
注册并获取匿名凭证，通过与
Figure FDA00034141541500000118
交互，
Figure FDA00034141541500000119
可以为停车卡充值；在停车阶段，
Figure FDA00034141541500000120
与
Figure FDA00034141541500000121
进行交互，预支付停车费并生成一个预付款收据；然后，
Figure FDA00034141541500000122
与
Figure FDA00034141541500000123
运行一个交互式协议，以从停车卡中扣除停车费；
仲裁者端
Figure FDA00034141541500000124
Figure FDA00034141541500000125
是一个受信任的实体，负责监督
Figure FDA00034141541500000126
对恶意司机的追踪，防止可审计性被滥用。
2.根据权利要求1所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，该系统实现方式如下：
(1)系统初始化：在系统初始化阶段，
Figure FDA00034141541500000127
运行Setup算法生成系统公共参数；
(2)密钥生成：在密钥生成阶段，
Figure FDA00034141541500000128
和
Figure FDA00034141541500000129
生成各自的公私钥对；
(3)司机证书颁发：在使用停车服务前，
Figure FDA00034141541500000130
应当向
Figure FDA00034141541500000131
注册其身份标识符IDdv和公钥PKdv以成为一名合法用户；在此阶段，
Figure FDA00034141541500000132
可以预先支付val作为存储于停车卡中的初始余额；
(4)停车卡充值：当停车卡余额不足时，
Figure FDA00034141541500000133
与
Figure FDA00034141541500000134
运行TopUp协议以进行充值，并更新
Figure FDA00034141541500000135
匿名凭证中的余额；为保护司机的隐私，停车卡的充值是匿名且不可链接的；
(5)停车与预支付：当车辆离开停车场并结账时，
Figure FDA00034141541500000136
根据收费政策计算
Figure FDA00034141541500000137
应付的停车费chrg；然后，
Figure FDA00034141541500000138
执行Pre-Payment协议为
Figure FDA00034141541500000139
生成一个预付款收据；通过这一收据，
Figure FDA00034141541500000140
可以在费用扣除阶段从
Figure FDA00034141541500000141
的停车卡中扣除停车费用；
(6)停车费用扣除：在停车场进行预付费之后，
Figure FDA00034141541500000142
应与
Figure FDA00034141541500000143
交互更新匿名凭证creddv中的余额val和双花标识符dsid，否则在下一次停车时，
Figure FDA00034141541500000144
将会由于进行了双花行为而被侦测；
(7)支付聚合：
Figure FDA00034141541500000145
与
Figure FDA00034141541500000146
会定期交互以安全聚合停车费用，
Figure FDA00034141541500000147
会根据聚合结果向
Figure FDA00034141541500000148
支付总停车费；此处采用线性同态加密技术防止
Figure FDA00034141541500000149
知道每笔具体的停车费；
(8)司机追踪：如果发现恶意
Figure FDA00034141541500000150
存在双花行为或涉嫌刑事犯罪，就需要从预付款收据中恢复出司机的真实身份。
3.根据权利要求2所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(1)中，
Figure FDA0003414154150000021
运行Setup系统建立算法生成系统公共参数的具体实现方式为：
Setup算法即Setup(1λ)→pp.：给定安全参数1λ，
Figure FDA0003414154150000022
生成双线性映射
Figure FDA0003414154150000023
其中
Figure FDA0003414154150000024
是阶为素数p的循环群；选取
Figure FDA0003414154150000025
的生成元g,w，
Figure FDA0003414154150000026
的生成元
Figure FDA0003414154150000027
和一个抗冲突哈希函数
Figure FDA0003414154150000028
Figure FDA0003414154150000029
即集合{1,2，…,p-1}；输出公共参数
Figure FDA00034141541500000210
4.根据权利要求3所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(2)中，
Figure FDA00034141541500000211
和
Figure FDA00034141541500000212
生成各自的公私钥对的具体实现方式为：
Figure FDA00034141541500000213
运行CI.KeyGen(pp)→(SKci,PKci)证书颁发者密钥生成算法如下：
Figure FDA00034141541500000214
随机选取
Figure FDA00034141541500000215
计算
Figure FDA00034141541500000216
Figure FDA00034141541500000217
和
Figure FDA00034141541500000218
Figure FDA00034141541500000219
输出私钥SKci＝(x,y1,y2,y3,z)和公钥
Figure FDA00034141541500000220
作为
Figure FDA00034141541500000221
的私钥-公钥对；
Figure FDA00034141541500000222
运行PL.KeyGen(pp)→(SKpl,PKpl)停车场密钥生成算法如下：
Figure FDA00034141541500000223
从集合
Figure FDA00034141541500000224
中选取随机数
Figure FDA00034141541500000225
并计算
Figure FDA00034141541500000226
算法输出
Figure FDA00034141541500000227
的私钥-公钥对(SKpl,PKpl)＝(xpl,Ypl)；
Figure FDA00034141541500000228
运行AR.KeyGen(pp)→(SKar,PKar)仲裁者密钥生成算法如下：
Figure FDA00034141541500000229
随机选取
Figure FDA00034141541500000230
并计算
Figure FDA00034141541500000231
算法输出
Figure FDA00034141541500000232
的私钥-公钥对(SKar,PKar)＝(xar,Yar)；
Figure FDA00034141541500000233
运行DV.KeyGen(pp)→(SKdv,PKdv)司机密钥生成算法如下：
Figure FDA00034141541500000234
随机选取
Figure FDA00034141541500000235
并计算
Figure FDA00034141541500000236
算法输出
Figure FDA00034141541500000237
的私钥-公钥对(SKdv,PKdv)＝(xdv,Ydv)。
5.根据权利要求4所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(3)具体实现方式为：
Figure FDA00034141541500000238
与
Figure FDA00034141541500000239
间交互执行Issue证书颁发协议即
Figure FDA00034141541500000240
协议执行过程如下：
Figure FDA0003414154150000031
随机选取
Figure FDA0003414154150000032
其中dsiddv将作为
Figure FDA0003414154150000033
的双花标识符中的一个部件，而kdv则是一个随机数；
Figure FDA0003414154150000034
计算承诺
Figure FDA0003414154150000035
和一个相应的零知识证明
Figure FDA0003414154150000036
Figure FDA0003414154150000037
发送
Figure FDA0003414154150000038
给
Figure FDA0003414154150000039
其中，IDdv为
Figure FDA00034141541500000310
的身份标识符，PKdv为
Figure FDA00034141541500000311
的公钥，val为停车卡余额，Cmdv,1为
Figure FDA00034141541500000312
的承诺值，
Figure FDA00034141541500000313
为承诺Cmdv,1的零知识证明；
收到来自
Figure FDA00034141541500000314
的证书颁发请求后，
Figure FDA00034141541500000315
验证证明
Figure FDA00034141541500000316
的有效性；如果该证明是有效的，对承诺Cmdv,1生成签名
Figure FDA00034141541500000317
其中
Figure FDA00034141541500000318
rci,dsidci为
Figure FDA00034141541500000319
上的随机数；
Figure FDA00034141541500000320
保存(PKdv,IDdv)，并返回
Figure FDA00034141541500000321
给
Figure FDA00034141541500000322
收到消息后，
Figure FDA00034141541500000323
从签名中计算其匿名凭证creddv＝(σdv,1,σdv,2)，其中
Figure FDA00034141541500000324
而
Figure FDA00034141541500000325
Figure FDA00034141541500000326
使用dsid＝dsiddv+dsidci作为双花标识符，并通过检验等式
Figure FDA00034141541500000327
来验证匿名凭证creddv的有效性；如果凭证是有效的，
Figure FDA00034141541500000328
存储(creddv,dsid)。
6.根据权利要求5所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(4)具体实现方式为：
Figure FDA00034141541500000329
与
Figure FDA00034141541500000330
间交互执行Topup充值协议即
Figure FDA00034141541500000331
协议执行过程如下：
为保证充值过程的不可链接性，
Figure FDA00034141541500000332
首先选取
Figure FDA00034141541500000333
对凭证creddv进行随机化，得到一个盲化的凭证
Figure FDA00034141541500000334
其次，
Figure FDA00034141541500000335
对(xdv,dsid,val,φdv)生成零知识证明：
Figure FDA00034141541500000336
令
Figure FDA00034141541500000337
打算充值的金额为inc，则
Figure FDA00034141541500000338
向
Figure FDA00034141541500000339
发送
Figure FDA00034141541500000340
作为充值请求；
在验证
Figure FDA00034141541500000341
的有效性后，
Figure FDA00034141541500000342
选取
Figure FDA00034141541500000343
并计算
Figure FDA00034141541500000344
其中
Figure FDA00034141541500000345
Figure FDA00034141541500000346
接着，
Figure FDA00034141541500000347
将
Figure FDA00034141541500000348
发送给
Figure FDA00034141541500000349
Figure FDA00034141541500000350
更新匿名凭证
Figure FDA0003414154150000041
其中
Figure FDA0003414154150000042
若等式
Figure FDA0003414154150000043
成立，则认为更新后的凭证
Figure FDA0003414154150000044
是有效的，
Figure FDA0003414154150000045
存储
Figure FDA0003414154150000046
7.根据权利要求6所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(5)具体实现方式为：
Figure FDA0003414154150000047
与
Figure FDA0003414154150000048
间交互执行Pre-Payment预支付协议即
Figure FDA0003414154150000049
协议执行过程如下：
Figure FDA00034141541500000410
选取
Figure FDA00034141541500000411
将凭证creddv随机化为
Figure FDA00034141541500000412
接着，
Figure FDA00034141541500000413
计算与双花标识符dsid相绑定的
Figure FDA00034141541500000414
并对停车费chrg计算一个承诺
Figure FDA00034141541500000415
Figure FDA00034141541500000416
计算
Figure FDA00034141541500000417
Figure FDA00034141541500000418
计算零知识证明
Figure FDA00034141541500000419
并
Figure FDA00034141541500000420
给
Figure FDA00034141541500000421
零知识证明
Figure FDA00034141541500000422
具体如下：
Figure FDA00034141541500000423
收到来自
Figure FDA00034141541500000424
的请求后，
Figure FDA00034141541500000425
检查
Figure FDA00034141541500000426
的有效性，这是确保
Figure FDA00034141541500000427
是一个合法的司机，并能够负担停车费，即
Figure FDA00034141541500000428
停车卡中的余额val不低于chrg；如果上述验证通过，
Figure FDA00034141541500000429
存储收到的数据，并将(Tdv,Edv,Cdv)发送给
Figure FDA00034141541500000430
其中Tdv＝wdsid，
Figure FDA00034141541500000431
Figure FDA00034141541500000432
由于Tdv＝wdsid包含双花标识符dsid，
Figure FDA00034141541500000433
能够通过判断Tdv是否重复出现来进行双花检测。
8.根据权利要求7所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(6)具体实现方式为：
Figure FDA00034141541500000434
与
Figure FDA00034141541500000435
间交互执行FeeDED扣费协议即
Figure FDA00034141541500000436
协议执行过程如下：
Figure FDA0003414154150000051
选取
Figure FDA0003414154150000052
计算
Figure FDA0003414154150000053
并计算与双花标识符dsid相绑定的Tdv＝wdsid；此外，
Figure FDA0003414154150000054
对更新后的双花标识符dsid*＝dsid+edv和停车卡余额val*＝val-chrg，计算承诺
Figure FDA0003414154150000055
Figure FDA0003414154150000056
生成零知识证明
Figure FDA0003414154150000057
并发送
Figure FDA0003414154150000058
给
Figure FDA0003414154150000059
零知识证明
Figure FDA00034141541500000510
具体如下：
Figure FDA00034141541500000511
由于在预支付阶段中，
Figure FDA00034141541500000512
已将(Tdv,Edv,Cdv)发给
Figure FDA00034141541500000513
Figure FDA00034141541500000514
可以使用Tdv将其与收到的请求相关联；如果
Figure FDA00034141541500000515
是有效的，
Figure FDA00034141541500000516
计算
Figure FDA00034141541500000517
δci,∈ci为随机数，并返回
Figure FDA00034141541500000518
Figure FDA00034141541500000519
从签名中派生更新后的匿名凭证
Figure FDA00034141541500000520
其中
Figure FDA00034141541500000521
Figure FDA00034141541500000522
如果等式
Figure FDA00034141541500000523
成立，
Figure FDA00034141541500000524
更新dsid*＝dsid+edv，val*＝val-chrg，并保存
Figure FDA00034141541500000525
9.根据权利要求8所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(7)具体实现方式为：
Figure FDA00034141541500000526
与
Figure FDA00034141541500000527
间交互执行Aggregate聚合协议即
Figure FDA00034141541500000528
协议执行过程如下：
首先，
Figure FDA00034141541500000529
检索每个
Figure FDA00034141541500000530
在预支付阶段中提交的(Tdv,Edv,Cdv)和停车费chrg，将其插入列表
Figure FDA00034141541500000531
中；令I为列表中所有项编号的集合，
Figure FDA00034141541500000532
为列表的第i项；
Figure FDA00034141541500000533
计算
Figure FDA00034141541500000534
与一个零知识证明
Figure FDA00034141541500000535
并发送
Figure FDA00034141541500000536
给
Figure FDA00034141541500000537
在验证
Figure FDA00034141541500000538
的有效性后，
Figure FDA00034141541500000539
计算
Figure FDA00034141541500000540
Figure FDA00034141541500000541
其中Chrg＝∑i∈Ichrgi为
Figure FDA00034141541500000542
应当支付的总停车费用；
Figure FDA0003414154150000061
检验
Figure FDA0003414154150000062
如果等式成立，
Figure FDA0003414154150000063
向
Figure FDA0003414154150000064
支付Chrg。
10.根据权利要求9所述的基于可更新匿名凭证的车联网匿名支付系统，其特征在于，所述步骤(8)具体实现方式为：
Figure FDA0003414154150000065
和仲裁者
Figure FDA0003414154150000066
的协同执行Trace追踪协议即
Figure FDA0003414154150000067
协议执行过程如下：
以可疑的预支付记录(Tdv,Edv,Cdv)为输入；
Figure FDA0003414154150000068
首先利用私钥z计算Cci,3＝(Edv,2)z，并将预支付记录(Tdv,Edv,Cdv)和Cci,3发送给
Figure FDA0003414154150000069
如果追踪是合理的，
Figure FDA00034141541500000610
计算
Figure FDA00034141541500000611
Figure FDA00034141541500000612
并返回恶意司机的公钥PKdv；由于
Figure FDA00034141541500000613
在证书颁发阶段存储元组(PKdv,IDdv)，因此可以直接从恶意司机的公钥PKdv中揭示其真实身份IDdv。
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