[发明专利]一种基于PUF的具备隐私保护的车辆认证方法

说明书

本发明提出了一种基于PUF的具备隐私保护的车辆认证方法，步骤如下：系统初始化：选择具有PUF功能的车载单元OBU和椭圆曲线；通过与信任机构TA进行通信，车载单元OBU进行注册，路边单元RSU进行注册；车辆用户登录车载单元OBU；车辆的车载单元OBU与路边单元RSU之间的认证：通过车载单元OBU的认证参数、PUF函数和PUF验证值验证车载单元OBU的合法性并计算通信密钥I；车辆与车辆间的车载单元OBU的认证：利用随机数生成函数和基点生成临时的私钥和公钥，通过安全hash函数和认证参数验证车辆的合法性并生成通信密钥。本发明车辆与车辆的认证以及车辆与路边RSU的认证都不需要信任机构TA的参与，利用PUF函数及椭圆曲线，保证认证的可靠性。

技术领域

本发明涉及移动通信与边缘计算的技术领域，尤其涉及一种基于PUF的具备隐私保护的车辆认证方法，利用物理不可克隆函数(PUF)的输出唯一性来构造车辆的身份认证方法，基于PUF与椭圆曲线加密进行车辆认证。

背景技术

近年来，随着越来越多的车辆配备了无线通信技术和车载传感器，且因这些设备在智能交通领域发挥着关键作用，车载自组织网络(Vehicular ad hoc networks,VANET)正变得越来越普遍。典型的VANET主要包括信任机构(Trusted Authority,TA)、路边单元(Road Side Unit,RSU)以及装配有具备感知与通信能力的车载单元(On-board-unit，OBU)的车辆。信任机构TA的主要作用是负责整个系统的初始化、完成所有的车辆和路边单元RSU的注册以及维护保持系统正常运行所需的所有资源，包括通信链路、路边单元RSU以及车辆的相关信息等。每辆车都有一个车载单元OBU，包括各种传感器、用户界面、存储和通信设备。通过这些传感器和通信设备，车辆不仅可以实时地了解自己的位置、朝向、速度和加速度等车辆信息，还可以通过各种环境传感器感知外界环境的信息，包括温度、湿度、光线强度等，不仅方便驾驶员及时了解车辆的信息，还可以对外界变化做出及时的反应。路边单元RSU通常安装在路边的固定位置，充当车辆与信任机构TA之间通信的桥梁。负责将车辆收集到的消息转发给可信授权中心TA或者将服务器的一些公开消息转发给车辆。

因VANET的结构决定了其内部车辆与车辆之间(V2V)以及车辆与路边单元RSU间(V2I)只能通过无线的方式进行消息的传递与共享。在当前的VANET实践中，无论是V2V还是V2R，目前所使用的通信方式主要包括C-V2X(基于蜂窝技术的车联网通信)以及DSRC(专用短程通信技术)两大技术流派。然而，由于无线网络的开放特性，无论采用哪种技术流派，VANET中所传递的各类消息都有被窃听或者篡改的可能。另外，攻击者可以通过使用窃听、篡改等攻击手段攻击VANET的通信信道，从而获取相关信息或者获取非法利益。另外，车辆的私人和敏感数据(如驾驶路线或身份信息)也存在着泄露的可能。因此，车辆间消息的安全传播与隐私保护是VANET中首要关注的问题。针对上述问题，为了保证消息的传输安全和隐私保护，需要使用稳健、安全和高效的身份认证和隐私保护方案来保护VANET。身份认证协议可以证明车辆节点的合法性和消息的完整性，而隐私保护可以维护敏感信息的保护和私密性。