車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)隱私保護(hù)策略論文
摘要：:隨著智能交通系統(tǒng)(ITS)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)面臨著各方面的安全問題。本文分析了車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展面臨的安全和隱私保護(hù)問題，通過構(gòu)建車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全和隱私保護(hù)模型，介紹了車載通信安全系統(tǒng)構(gòu)架的基本元素，并在此基礎(chǔ)上提出構(gòu)架優(yōu)化的相關(guān)措施，在理論層面上提出安全保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化的思路。為車載網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的優(yōu)化提供了參考依據(jù)，為日后車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全面實(shí)施奠定安全保護(hù)基礎(chǔ)，促進(jìn)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更好地服務(wù)于交通領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：:車載網(wǎng)絡(luò);安全通信;隱私保護(hù);節(jié)點(diǎn)
近年來，智能交通系統(tǒng)(ITS)及相關(guān)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于收費(fèi)系統(tǒng)、車隊物流管理、防盜保護(hù)、交通信息及路測指示牌等領(lǐng)域。隨著V2V和V2I通信技術(shù)不斷發(fā)展，如環(huán)境分布、交通狀況信息以及車載娛樂等功能也在逐漸融入車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。而車載通信系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于它是一把雙刃劍。一方面，它可以為駕駛員和管理部門提供種類豐富的工具;另一方面，如果沒有合適的安全保障，將會有大量針對車載通信系統(tǒng)的濫用和攻擊。因此，安全和隱私保護(hù)技術(shù)(PrivacyEnhancingTechnologles，PET)在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中是非常重要的。對安全通信協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，能夠有效的保障VC系統(tǒng)安全有序運(yùn)轉(zhuǎn)，同時保護(hù)用戶的私人信息。通過多種協(xié)議認(rèn)證機(jī)制(Certi-ficationAuthorities，CA)確認(rèn)每個認(rèn)證管理節(jié)點(diǎn)的身份和相關(guān)信息，使得每個節(jié)點(diǎn)都被唯一認(rèn)證，并持有相關(guān)公共密鑰對及協(xié)議，滿足系統(tǒng)安全性要求。
1車載通信安全系統(tǒng)構(gòu)架的基本元素
本質(zhì)上，安全構(gòu)架首先要解決兩個基本問題:①身份、證書和密鑰管理;②加強(qiáng)通信的安全性和隱私性。構(gòu)架的焦點(diǎn)主要集中在加強(qiáng)VC系統(tǒng)無線部分的安全性以及保護(hù)用戶的隱私，諸如車內(nèi)系統(tǒng)保護(hù)以及數(shù)據(jù)可信度等不作為主要研究對象。
1．1授權(quán)機(jī)構(gòu)
授權(quán)機(jī)構(gòu)是指車載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中所涉及的有關(guān)于身份和協(xié)議的認(rèn)證與管理的受信任實(shí)體。我們用X表示由地域、行政以及其他因素決定的權(quán)限，S是X的閥值，表示注冊授權(quán)的系統(tǒng)實(shí)體集合。默認(rèn)情況下，S信任來自各方的X。節(jié)點(diǎn)可以利用授權(quán)機(jī)構(gòu)建立雙向通信，即便是單向通信也是有意義的。
1．2節(jié)點(diǎn)認(rèn)證
一個基礎(chǔ)單元如一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、一輛汽車或是一個基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)都有:①唯一的身份V;②一個公共－私有密鑰對Kv，k;③一個執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)和覆蓋應(yīng)用協(xié)議的模塊;④一個提供無線網(wǎng)絡(luò)接口通信的模塊。每個節(jié)點(diǎn)都只在一個CA上注冊，并擁有唯一的長時效身份和一對私有公共密鑰對。節(jié)點(diǎn)屬性和有效時長包含在認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒布的關(guān)于節(jié)點(diǎn)注冊和認(rèn)證日期的協(xié)議當(dāng)中。Kv與V的捆綁、Kv與其他數(shù)據(jù)據(jù)的捆綁、與V相關(guān)的屬性通過身份證書和屬性證書分別來獲取。
1．3可信組件
節(jié)點(diǎn)裝有信任組件(TrustedComponents，TC)(內(nèi)置硬件和固件)，基本發(fā)揮兩種作用———密碼操作及存儲，用以保護(hù)車輛的加密數(shù)據(jù)(可用于責(zé)任鑒定)。信任組件在與車載軟件的交互是通過訪問和使用安全存儲密鑰、協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的。只有通過信任組件提供的接口，才可能訪間(讀或?qū)?信任組件上存儲的信息并修改它們的功能。信任組件應(yīng)該具有防篡改特性，從而進(jìn)一步加強(qiáng)對加密材料和其他數(shù)據(jù)的保護(hù)。
1．4安全通信
保證安全通信的基本方法是對信息進(jìn)行數(shù)字簽名，即在信息上捆綁時間標(biāo)記、簽署者的位置以及協(xié)議證書。用這種辦法可以防止信息的修改、偽造、偷換以及攻擊。為了同時保證安全性和一定程度的匿名性，長時效密鑰和證書并不用于安全通信。作為替代，我們使用假名或匿名身份驗(yàn)證的方法。每輛車都裝備了多個不會泄露節(jié)點(diǎn)身份的認(rèn)證的公鑰(假名)。這些假名的獲取途徑是通過可靠的第三方，即假名提供者(Pseudo-nymProvider，PNP)，來提供它已在證書權(quán)威(CA)中注冊。車輛每過一段時間r便會更換一次之前未曾使用過的假名，使用每個假名和私人密鑰的時長不超過r(假名的存在周期)。
2車載通信的安全和隱私保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化
2．1基本安全性
信標(biāo)通常被用于協(xié)同感知應(yīng)用程序中。信標(biāo)每秒發(fā)送γ次，包含發(fā)送者的狀態(tài)信息，如車輛位置、速度以及行駛方向。信標(biāo)的頻率范圍為1～10Hz。信標(biāo)信息是通過數(shù)字簽名的`，同時綁定了簽名者的證書。更精確地說，在完成信標(biāo)信息的拼接之后，在向數(shù)據(jù)鏈路層提交信息m的傳輸之前，發(fā)送節(jié)點(diǎn)(V)會給出一個簽名。每個假名的使用時間不超過γ，隨后便被丟棄。應(yīng)考慮以下可能在實(shí)現(xiàn)方面出現(xiàn)的問題:假名使用期間的動態(tài)適應(yīng)問題;用來“預(yù)加載”V的假名(還包括對應(yīng)的證書和密鑰)的數(shù)量;預(yù)加載的假名的頻率。
2．2鄰居通信安全
車輛以高速率發(fā)送安全信標(biāo)，并以此方式獲得附近(物理鄰居)其他車輛頻繁更新的情況。這就是協(xié)同感知的本質(zhì)，這使得車輛能夠掌握其近的與交通有關(guān)的最新信息(如碰撞預(yù)警)。然而在通信識別的過程中，車輛還會發(fā)現(xiàn)其他可以直接到達(dá)的(通信鄰居)節(jié)點(diǎn)(汽車或ＲSU)，這容易成為攻擊者能夠利用的漏洞。攻擊者會通過接收并從遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)迅速重新發(fā)送信息來發(fā)動中繼攻擊。認(rèn)證中所包含發(fā)送者的時間戳、位置等信息，使系統(tǒng)可以執(zhí)行安全鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議來抵御外部攻擊�；镜睦砟钍歉鶕�(jù)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)、接收到信息中所包含的位置信息以及渡越時間(節(jié)點(diǎn)時間與消息時間戳之間的差值)來估計發(fā)送方和接收方的距離。為了獲得精確的結(jié)果，需要獲取由硬件增加的時間戳以及針對時間戳的密碼保護(hù)。
2．3基于位置的通信安全
為了向一個地理上定義的目標(biāo)傳播數(shù)據(jù)，基于位置的通信是在位置的感知節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。節(jié)點(diǎn)保持它們鄰居的位置不變，假設(shè)通過GPS可以獲取位置信息，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到距目標(biāo)區(qū)域最近的鄰居。然而，這種傳輸模式也可能被攻擊者濫用。與基本的安全功能相似，源節(jié)點(diǎn)對產(chǎn)生的信息進(jìn)行簽名并綁定對應(yīng)的證書，作為基于位置的路由和信息分配的基本安全措施。
3結(jié)語
本文描述了車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展所面臨的安全問題，強(qiáng)調(diào)了安全和隱私保護(hù)技術(shù)的重要性。通過構(gòu)建車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全和隱私保護(hù)系統(tǒng)，介紹了車載通信安全系統(tǒng)構(gòu)架的基本元素，并在此基礎(chǔ)上提出構(gòu)架優(yōu)化的相關(guān)措施，在理論層面上提出安全保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化的思路。為車載網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的優(yōu)化提供了參考依據(jù)，為日后車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全面實(shí)施奠定安全保護(hù)基礎(chǔ)。
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