車載自組織網絡中無配對運算的隱私保護批量認證方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種車載自組織網絡中隱私保護批量認證方法，具體是指一種車載自 組織網絡中無須進行配對運算的隱私保護批量認證方法，屬于車載網絡通信安全領域。
【背景技術】
[0002] 車載自組織網絡是一種應用于車載通信的無線自組網絡，車輛可W從車載自組織 網絡中獲取實時交通信息；比如：當前的車流量情況，交通事故發生情況W及周圍車輛的車 速、位置、方位等，并據此選擇最佳路徑W有效的緩解道路交通擁堵和最大限度地減少或避 免交通事故等現象的發生，從而提高道路通行效率。因此，車載自組織網絡是目前在交通領 域最具有發展前景的應用之一。
[0003] 然而，由于無線網絡本身的開放性，使得車載自組織網絡的安全面臨極大的挑戰， 包括:車輛發布的信息如果不進行一致性檢查，將面臨著被篡改和偽造等的攻擊;車輛的用 戶信息如果在發布消息前不隱藏，將面臨著用戶隱私信息被泄露、行程被追蹤等危險;車輛 的用戶信息如果完全被隱藏，那么一旦有惡意車輛發布虛假消息，將面臨不可追溯的風險。 另一方面，由于車載自組織網絡中車輛移動速度快、消息量大，因此必須要求保證消息認證 的效率，否則車輛會丟棄大量來不及驗證的消息，導致丟包率上升，使得車輛得不到實時信 息。
[0004] 近年來，針對W上車載自組織網絡中的安全、隱私保護和認證效率等問題，分別有 很多的解決方案被提出；但大部分方案只是針對其中的某一個問題提出解決方案，而不能 同時解決安全、隱私保護和認證效率運Ξ方面的問題。2015年，由Tzeng等學者提出了一個 應用于車載自組織網絡中的安全且具有隱私保護的批量認證方案，該方案發表于IEEE Transactions on Vehicular Technology雜志，被認為是目前在安全、隱私保護和認證效 率方面考慮最全面的方案之一。該方案采用虛擬身份對真實身份信息進行隱藏，并能在事 后進行追蹤。在該方案中，Tzeng等學者采用3.0-GHz Intel Penti皿IV處理器、16化its的 群Gi、160bits的q(Gi表示加法群，q表示該加法群的階)對方案中最復雜的兩個運行(點乘和 配對）進行了測試實驗，得出1個點乘操作運行時間為0.6ms，1個配對操作運行時間為 4.5ms。根據運個實驗結果，Tzeng等學者的方案對于單個消息的簽名和η個消息的簽名分別 需要1個點乘操作和η個點乘操作，因此總運行時間分別為0.6ms和0.6η ms。而對于單個消 息的驗證和η個消息的驗證分別需要（1個點乘操作+2個配對操作)和（1個點乘操作+2個配 對操作），因此總運行時間分別為0.6ms+4.5ms X 2 = 9.6ms和0.6ms+4.5ms X 2 = 9.6ms。 Tzeng等學者將他們的技術方案和當前其他的幾個類似技術方案進行了比較，并對比較結 果進行了分析，分析顯示他們提出的技術方案是所有比較方案中計算效率最好的。
[0005] 然而，Tzeng等學者所提出的技術方案在實際運行過程中使用了兩個最耗時的配 對操作，從他們的實驗結果可W看到，配對運算是最復雜的運算之一，計算量遠遠比點乘運 算多的多，運使得該技術方案的計算效率被大大降低。另外，該方案中真實身份信息的隱藏 又使用了一個點乘操作，運又進一步降低了方案的計算效率。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種車載自組織網絡中無配對運算的隱私保護批量認證 方法，在消息簽名和消息驗證的過程中均無需進行配對運算，顯著提高了實際運行效率，可 同時解決車載自組織網絡中的安全、隱私保護和認證效率的Ξ大問題。
[0007] 為了達到上述目的，本發明所提供的車載自組織網絡中無配對運算的隱私保護批 量認證方法，包含：
[000引S1、系統建立階段：由車載自組織網絡中的可信機構建立系統參數，產生一個系統 主密鑰，并廣播給路邊單元和所有車輛;并且可信機構為每部車輛分別生成一個真實身份 和對應密碼，并將其連同系統主密鑰預存入每部車輛中；
[0009] S2、虛擬身份生成階段:對于車載自組織網絡中要廣播消息的車輛進行真實身份 和密碼的驗證，通過后建立一個對應的虛擬身份；
[0010] S3、消息簽名階段:利用所建立的虛擬身份對該車輛要廣播的消息進行簽名，并將 簽名后的消息廣播給路邊單元和其他車輛；
[0011] S4、消息驗證階段:車載自組織網絡中的路邊單元和其他車輛對所廣播的消息采 用單個或者多個方式進行驗證，驗證通過后接受。
[0012] 所述的S1中，具體包含W下步驟：
[0013] S11、由可信機構隨機選擇一個階為素數q的加法群Gi;隨機選擇一個階為素數q的 乘法群G2;隨機選擇加法群Gi的一個生成元P;隨機選擇一個配對映射e: Gi X Gi^G2 ;隨機選 擇一個屬于2。^勺非零整數3作為系統主密鑰，并計算系統公鑰口。祉=3口，其中，2。^表示1至口- 1的整數集合；由可信機構設置兩個哈希運算函數出：{〇，l}*^GiW及此：{Ο,?Γ^Ζρ*;并由 可信機構向路邊單元和所有車輛廣播公布最終建立的系統參數params = {Gi，G2，q，e，Ρ, Ppub ,出，出};
[0014] S12、可信機構為每部車輛分別生成一個獨一無二的真實身份信息RID和對應的密 碼 PWD;
[0015] S13、將每部車輛的真實身份信息RID、對應的密碼PWDW及系統主密鑰S，即（RID, PWD，s)預存到該車輛的防干擾設備中。
[0016] 所述的S2中，具體包含W下步驟：
[0017] S21、當車載自組織網絡中的某部車輛有消息要廣播給路邊單元和其他車輛時，該 車輛首先輸入其真實身份信息RID和對應的密碼PWD至該車輛的防干擾設備中；
[0018] S22、該車輛的防干擾設備驗證所輸入的真實身份信息RID和對應的密碼PWD是否 與預存在其中的信息相符合;如兩者驗證均相符，則繼續執行S23;如兩者中至少有一個信 息不相符，則退出；
[0019] S23、該車輛的防干擾設備將系統當前的時間TW及系統主密鑰S輸入哈希函數化， 并將所得的哈希值與真實身份信息RID進行異或操作，從而生成一個對應的虛擬身份信息 VID，即VID = RID?Hi(T| Is)。
[0020] 所述的S3中，具體包含w下步驟：
[0021] S31、該車輛的防干擾設備隨機選擇一個整數reZp^并與加法群Gi的生成元P進行 點乘操作巧；
[0022] S32、該車輛的防干擾設備將虛擬身份信息VID、點乘操作結果巧、即將廣播的消息 mW及系統當前的時間T輸入哈希函數此，并將所得的哈希值與隨機整數r相加得到結果曰， 良 P〇 = r+出(VID| I巧 I |m| |T);
[0023] S33、該車輛的防干擾設備將簽名后的消息（〇，￥10^?，111，1')廣播給路邊單元和其 他車輛。
[0024] 所述的S4中，具體包含W下步驟：
[0025] 541、路邊單元和其他車輛對所廣播的單個消息（〇，￥10^?，111，1')進行驗證，具體 為:計算沖=巧+H2(VID| |rP| |m| |T)Ppub是否成立;如成立，則路邊單元和其他車輛接受該 單個消息;如不成立，則路邊單元和其他車輛拒絕接受該單個消息并退出。
[00%] 所述的S4中，具體包含W下步驟：
[0027] S42、路邊單元和其他車輛對所廣播的多個(至少包含兩個)消息（〇i，VIDi，riP，mi， Ti)，l<i<n進行批量驗證W達到節省驗證時間的目的，其中η為消息個數，具體為：計算
是否成立；如成立，則路邊單元和其他車 輛接受該多個消息;如不成立，則路邊單元和其他車輛拒絕接受該多個消息并退出。
[0028] 本發明提供的車載自組織網絡中無配對運算的隱私保護批量認證方法，在消息簽 名和消息驗證的過程中均無需進行配對運算，使得驗證計算量不會隨驗證消息的增加而增 加，總運行時間降低到恒定的1.2ms，大大節省了簽名和驗證的時間，顯著提高了方案的實 際運行效率，降低了系統的開銷;并且同時解決了車載自組織網絡中的安全、隱私保護和認 證效率的Ξ大問題。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發明中的車載自組織網絡的系統拓撲圖；
[0030] 圖2為本發明中的車載自組織網絡中無配對運算的隱私保護批量認證方法的流程 圖。
【具體實施方式】
[0031] W下結合圖1和圖2,詳細說明本發明的一個優選實施例。
[0032] 如圖1和圖2所示，為本發明提供的車載自組織網絡中無配對運算的隱私保護批量 認證方法，包含：
[0033] S1、系統建立階段：由車載自組織網絡中的可信機構TA建立系統參數，產生一個系 統主密鑰，并廣播給路邊單元RSU和所有車輛;并且可信機構TA為每部車輛分別生成一個真 實身份和對應密碼，并將其連同系統主密鑰預存入每部車輛中；
[0034] S2、虛擬身份生成階段:對于車載自組織網絡中要廣播消息的車輛進行真實身份 和密碼的驗證，通過后建立一個對應的虛擬身份；
[0035] S3、消息簽名階段:利用所建立的虛擬身份對該車輛要廣播的消息進行簽名，并將 簽名后的消息廣播給路邊單元RSU和其他車輛；
[0036] S4、消息驗證階段:車載自組織網絡中的路邊單元RSU和其他車輛對所廣播的消息 采用單個或者多個方式進行驗證，驗證通過后接受。
[0037] 所述的S1中，具體包含W下步驟：
[0038] Sll、由可信機構ΤΑ隨機選擇一個階為素數q的加法群Gi;隨機選擇一個階為素數q 的乘法群G2 ;隨機選擇加法群Gi的一個生成元P;隨機選擇一個配對映射e: Gi X Gi^G2 ;隨機 選擇一個屬于2。^勺非零整數3作為系統主密鑰，并計算系統公鑰口。。6 = 3口，其中，2。^是數論 中的標準寫法，表示1至P-1的整數集合；由可信機構TA設置兩個哈希運算函數化：{0，1 Gi W及出：{0，1} *^Ζρ*;并由可信機構ΤΑ向路邊單元RSU和所有車輛廣播公布最終