车载自组网中高效的群组协商通信协议

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2018009

通信学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (1): 34-45.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2018009

车载自组网中高效的群组协商通信协议

韩牟¹,华蕾¹,王良民¹,江浩斌²,马世典²()

¹ 江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏镇江 212013
² 江苏大学汽车工程研究院，江苏镇江 212013

修回日期:2017-12-10 出版日期:2018-01-01 发布日期:2018-02-07
作者简介:韩牟（1980-），女，吉林省吉林市人，江苏大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为密码学、网络安全等。|华蕾（1992-），女，河南南阳人，江苏大学硕士生，主要研究方向为车载网通信安全。|王良民（1977-），男，安徽潜山人，江苏大学教授、博士生导师，主要研究方向为物联网信息处理技术、物联网安全协议、车联网安全结构。|江浩斌（1969-），男，江苏启东人，江苏大学教授、博士生导师，主要研究方向为道路车辆运行安全主动防控技术与理论、智能交通运输技术等。|马世典（1977-），男，安徽萧县人，江苏大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为智能网联汽车、交通信息与安全等。
基金资助:
江苏省重点研发计划基金资助项目(BE2017035);江苏省“六大人才高峰”基金资助项目(DZXX-012);江苏省自然科学基金资助项目(12KJD580002);江苏省研究生创新基金资助项目(KYLX_1057)

Efficient communication protocol of group negotiation in VANET

Mu HAN¹,Lei HUA¹,Liangmin WANG¹,Haobin JIANG²,Shidian MA²()

¹ Computer Science and Communication Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China
² Automotive Engineering Research Institute,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China

Revised:2017-12-10 Online:2018-01-01 Published:2018-02-07
Supported by:
The Key Research and Development Plan of Jiangsu Province(BE2017035);The Six Talent Peaks Project of Jiangsu Province(DZXX-012);The Natural Science Foundation of Jiangsu Province(12KJD580002);Jiangsu Graduate Innovation Fund(KYLX_1057)

摘要/Abstract

摘要：

提出一种高效的群组协商通信协议,针对节点身份认证的效率问题，采用群内节点自检认证的方式，避免向认证中心发送认证证书，从而提高身份认证的速度；针对通信的机密性和单点失败现象，采用节点协商建立群组的方法，进而实现节点间的可靠通信；针对合法车辆认证次数频繁问题，采用群密钥传输机制，减少合法车辆的认证次数，进而提高节点加入群组的速度。最后，安全性分析和性能分析结果表明，所提方案不但满足车载自组网（VANET,vehicle ad hoc network）通信的基本安全需求，并且在认证时延、传输开销和平均时延方面优于现有方案。

关键词: 高效认证, 密钥协商, 群组通信, 车载自组网

Abstract:

An efficient communication protocol of group negotiation was proposed.The protocol adopted self-checking authentication in group to avoid the nodes sending certificates to the authentication center which improved the efficiency of identification.At the same time,the group establishment among nodes which through negotiation ensured the communication confidentiality and prevented the phenomenon of single-point failure.Besides,a group key transmission scheme was proposed to reduce the frequency of authentication for legal vehicles and improve the speed of joining in the group.At the end,theoretical analysis and simulation results demonstrate that the proposed protocol not only meets the security requirements of communication in VANET,but also shows much better performance than previous reported schemes on verification delay,transmission overhead and average delay.

Key words: efficient authentication, key negotiation, group communication, vehicle ad hoc network

中图分类号:

TP393

韩牟,华蕾,王良民,江浩斌,马世典. 车载自组网中高效的群组协商通信协议[J]. 通信学报, 2018, 39(1): 34-45.

Mu HAN,Lei HUA,Liangmin WANG,Haobin JIANG,Shidian MA. Efficient communication protocol of group negotiation in VANET[J]. Journal on Communications, 2018, 39(1): 34-45.

图/表 15

图1

图2

表1

主要符号定义"

定义	描述
q	比特素数
G₁,G₂	具有相同大素数阶q的加法群和乘法群
P,g	加法群G₁与循环群G'的任意生成元
p	特殊乘法群G的安全素数
V,TID_V,FID_V	车辆，真名标识，假名标识
RSU,TID_RSU	RSU，真名标识
m	消息
Q_U,s_U	U的认证参数
TS	时间戳
U	实体U（车辆或RSU）
RSU_i±1	RSU_i附近的RSU
(PK_U,SK_U)	U的公钥、私钥
$σ_{S K_{U}} (\cdot)$	U对数据的签名
GK	群密钥
VVK_i,j	车辆V_i和V_j的共享密钥
HMAC_k(·)	使用密钥k产生的消息认证
E_k(·)	用密钥k加密

表1

图3

图4

图5

图6

图7

表2

表3

图8

表4

图9

图10

图11

参考文献 19

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仿真参数	参数值
仿真工具	NS2
区域大小	900 m×30 m
仿真时间	5 min
消息主体大小	200 B
传播间隔	300 ms
变化间隔	0.05 s
RSU通信范围	600 m
车辆通信范围	300 m
车辆平均移动速度	30 m/s
通信带宽	6 Mbit/s
MAC协议	IEEE 802.11b

方案	OBU计算量	RSU计算量
CPAS方案	4nT_mul	(n+1)T_mul+3T_par
ABAKA方案	3nT_mul	(4n+3)T_mul
ARGB方案	6nT_mul+2nT_mtp	(n+1)T_mul+3T_par+T_mtp
本文方案	5nT_mul+nT_mtp+2nT_par	4nT_mul+2nT_par

方案	OBU→RSU/B
CPAS方案	208n
ABAKA方案	84n
ARGB方案	63n
本文方案	58n

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