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編輯推薦

適讀人群 ：汽車電子技術人員
　　Unlike any other book in this area,this book provides innovative solutions to security issues,making this book a must read for anyone working with or study security measures.

內容簡介

　　本書主要關注VANE中的消息認證和隱私問題，我們首先描述瞭VANE中安全和隱私問題的概述，以及解決這些問題麵臨的挑戰。第2章描述瞭VANET中不同設備之間（OBU和RSU）之間通信的安全和隱私需求。本書確定瞭閤適的密碼原語，並設計瞭安全和隱私保護協議，該協議融閤瞭群簽名和基於標識（ID）的簽名來滿足為車載通信的安全性和私密性要求。

目錄

譯者的話 前言 縮略語 第1章概述1 1.1背景1 1.2專用短程通信(DSRC)和車輛 自組織網絡(VANET)2 1.2.1專用短程通信(DSRC)2 1.2.2車輛自組織網絡(VANET)3 1.2.3VANET的特點5 1.3安全和隱私威脅6 1.4安全和隱私保護需求7 1.5挑戰和展望8 1.5.1VANET中有條件的 隱私保護8 1.5.2VANET中有效撤銷的認證9 1.6標準化和相關的活動9 1.7安全原語11 1.8本書概要15 參考文獻15 第2章GSIS:基於群簽名和基於 ID簽名的安全和隱私 保護協議18 2.1概述18 2.2預備知識和背景介紹19 2.2.1群簽名19 2.2.2雙綫性對和基於 身份的加密19 2.2.3威脅模型20 2.2.4安全需求20 2.3安全和保護隱私協議21 2.3.1麵臨的問題21 2.3.2係統設置23 2.3.3OBU之間的安全協議24 2.3.4RSU和OBU之間的 安全協議32 2.4性能評估34 2.4.1流量負荷的影響36 2.4.2加密簽名驗證延遲的影響37 2.4.3成員撤銷和跟蹤效率39 2.5結論40 參考文獻40 第3章ECPP:高效、有條件的 隱私保護協議43 3.1概述43 3.2係統模型和麵臨的問題44 3.2.1係統模型44 3.2.2設計目標45 3.3ECPP協議46 3.3.1係統初始化46 3.3.2OBU短時匿名密鑰生成48 3.3.3OBU安全消息發送52 3.3.4OBU快速跟蹤算法54 3.4有條件隱私保護分析55 3.5性能分析56 3.5.1OBU存儲開銷56 3.5.2OBU驗證計算開銷57 3.5.3TA進行OBU跟蹤的 計算復雜度58 3.6結論59 參考文獻59 第4章位置隱私的假名 改變策略61 4.1概述61 4.2問題定義63 4.2.1網絡模型63 4.2.2威脅模型64 4.2.3位置隱私保護需求64 4.3位置隱私的PCS策略64 4.3.1PCS策略的KPSD模型65 4.3.2針對位置隱私的匿名 集分析68 4.3.3PCS策略的靈活性分析73 4.4性能評估74 4.5結論76 參考文獻77 目錄●●●●●●●●●●車載ad hoc網絡的安全性與隱私保護第5章RSU輔助消息認證79 5.1概述79 5.2係統模型和預備知識80 5.2.1係統模型81 5.2.2假設81 5.2.3問題描述82 5.2.4安全目標83 5.3RSU輔助的消息認證方案83 5.3.1概述83 5.3.2RSU和車輛之間的雙嚮認證和 密鑰協商84 5.3.3哈希聚閤85 5.3.4確認86 5.3.5隱私擴展86 5.4性能評估88 5.4.1消息丟失率88 5.4.2消息時延89 5.4.3通信開銷90 5.5安全分析91 5.6結論92 參考文獻93 第6章基於TESLA的廣播 認證94 6.1概述94 6.2高效安全的車輛通信方案95 6.2.1預備知識95 6.2.2係統模式96 6.2.3建議的TSVC方案97 6.2.4支持不可否認性的 增強TSVC方案102 6.2.5討論106 6.3安全分析111 6.4性能評估112 6.4.1車輛移動速度的影響114 6.4.2車輛密度的影響115 6.5結論116 參考文獻116 第7章分布式閤作消息認證119 7.1概述119 7.2問題描述120 7.2.1網絡模型120 7.2.2安全模型120 7.3基本閤作認證方案121 7.4安全閤作認證方案123 7.4.1用於實現公平的證據和 令牌123 7.4.2認證證明126 7.4.3方案的流程128 7.5安全性分析128 7.5.1鏈接性攻擊128 7.5.2沒有認證成果的搭便 車攻擊128 7.5.3用假認證成果的搭便 車攻擊129 7.6性能評估129 7.6.1仿真設置129 7.6.2仿真結果130 7.7結論131 參考文獻132 第8章上下文感知的閤作認證133 8.1概述133 8.2VANET中的可信消息135 8.3係統模型和設計目標138 8.3.1網絡模型138 8.3.2攻擊模型139 8.3.3設計目標139 8.4預備知識139 8.4.1配對技術139 8.4.2聚閤簽名和批量驗證139 8.5AEMAT方案140 8.5.1係統設置140 8.5.2注冊140 8.5.3SER生成和廣播141 8.5.4SER機會轉發141 8.5.5SER聚閤認證142 8.5.6SER聚閤可信144 8.6安全討論146 8.6.1共謀攻擊146 8.6.2證人隱私保護147 8.7性能評估147 8.7.1傳輸開銷147 8.7.2計算開銷147 8.8結論148 參考文獻148 第9章基於移動預測的快速 認證切換150 9.1概述150 9.2車聯網架構151 9.3基於移動預測的快速切換 認證方案152 9.3.1多層感知分類器152 9.3.2建議的認證方案154 9.4安全性分析159 9.4.1重放攻擊159 9.4.2前嚮安全159 9.5性能評估159 9.6結論161 參考文獻161

前言/序言

　　目前，道路安全受到瞭公眾越來越多的關注，工業界和學術界在減輕交通事故影響方麵已經做瞭很多工作。無綫技術的發展給道路安全和交通管理帶來瞭新的技術手段，多數車輛都配備瞭無綫通信設備。該設備稱為車載單元（OBU），可以和其他車輛、路側設備（RSU）進行通信。 　　OBU和RSU形成的自組織網絡稱為車輛ad hoc網絡（VANET），通過車車通信實現的應用（如緊急製動警告）可以提高道路安全和效率，以及提高駕駛經驗。新技術的采用帶來瞭巨大的社會效益，同時也帶來瞭巨大的挑戰，其中最大的挑戰是如何解決由新技術帶來的安全和隱私問題。如果我們在廣泛部署這種網絡之前不考慮安全和隱私問題，那麼VANET吸引人的特點將不可避免地承擔更高的濫用風險。 　　VANET作為移動自組織網絡（MANET網絡）的一種特殊實現方式，具有許多獨特的功能和應用。首先，節點（車輛和RSU）之間的連接經常是短暫的和一次性的事件；在有限的時間內，兩車之間在傳輸範圍內或者經過幾跳保持連接，這樣導緻的結果是車聯網的網絡拓撲結構是高度動態的。此外，VANET是一個巨大的網絡，可能包括數以百萬計的節點（在道路上的車輛和RSU），使得VANET在保證安全性和隱私方麵麵臨巨大的挑戰，特彆是消息的真實性和完整性以及保護與用戶相關的隱私信息，如駕駛人姓名、車牌號碼、車型和行駛路綫等信息。現有的通信安全和隱私保護的研究和解決方案沒有考慮車聯網相關的伸縮性和通信開銷，因此不能有效地應用於VANET。消息驗證是確保信息可靠性的常用工具，但它在VANET中麵臨巨大挑戰，當車輛收到大量的信息時，傳統的認證機製可能産生車輛無法負擔的計算開銷，並且有可能給時間要求嚴格的應用（如事故預警）帶來不可接受的延時。另一個挑戰是通信的隱私保護，如不應該被未經授權的第三者獲得車輛的身份、位置和移動軌跡等隱私信息。在本書中，匿名消息認證的概念是將信息的真實性和私密性進行瞭融閤。 　　本書主要關注VANET中的消息認證和隱私問題，我們首先描述瞭VANET中安全和隱私問題，以及解決這些問題麵臨的挑戰。 　　第2章描述瞭VANET中不同設備（OBU和RSU）之間通信的安全和隱私需求。本書確定瞭最閤適的密碼原語，並設計瞭安全和隱私保護協議。該協議融閤瞭群簽名和基於標識（ID）的簽名來滿足車載通信安全性和私密性的要求。 　　第3章進一步描述瞭VANET的隱私保護，即如何有效地應對日益嚴重的撤銷列錶而實現有條件的可追溯。在OBU和RSU之間采用基於on-the-fly short-term的匿名密鑰生成技術，本書提齣瞭一種有效的條件隱私保護協議，其特點是通過提供有條件的隱私保護，提高OBU存儲最小化的匿名密鑰和安全信息快速驗證的工作效率。 　　前言●●●●●●●●●●車載ad hoc網絡的安全性與隱私保護第4章討論瞭VANET中位置隱私的假名改變策略，即使一個OBU持有大量VANET假名，如果假名沒有在閤適的時間和閤適的地點改變，則位置隱私仍然受到侵犯。為瞭使汽車實現高層次的位置隱私，本書提齣瞭一個高效的在聚集點進行假名改變的策略。其中，聚集點是指許多車輛臨時聚集的地方。 　　隨後，本書采用協作的方法應對復雜的匿名消息驗證挑戰。在VANET中，匿名消息認證協作可以被定義為車輛和RSU一起工作以確保接收信息的完整性，以及驗證消息確實是從閤法用戶發齣。協作可采取多種形式，例如車輛和RSU或隻在車輛之間采用協作的方式。根據組內車輛和RSU角色的不同，可以采取不同的協作方式，例如，VANET中資源豐富的RSU通常被視為可信實體，因為這種RSU一般由政府或服務提供商部署，它們的位置是固定的。這種情況下VANET可以利用RSU的資源和固定位置的優勢實現消息驗證，通過允許資源豐富的和值得信賴的RSU在消息驗證過程中作為主要的處理角色，RSU可以協助車輛驗證它們收到的信息。 　　對於VANET早期常見的隻有車輛之間協作（由於缺少RSU）的情況，車輛可以按照自己的計算能力驗證一定比例的消息並報告檢測到的任何無效的消息。當各單元一起工作時，不必要的消息認證和驗證也可以被最小化。此外，可以根據車載網絡中傳送的消息內容決定是否進行協作，例如所有車輛通信網絡應用中在特定的區域傳播緊急消息是最重要的，嚮附近的車輛快速地傳播緊急狀態和本地警告消息可以防止發生二次事故，尤其是在能見度不好的條件下（例如大霧的情況）對車輛的安全駕駛很有幫助。在大多數情況下，VANET以多跳傳輸的方式實現緊急消息的傳播，特彆是在安裝較少RSU的郊區。在緊急情況下，同一地區的多個感測車輛可以檢測到相同的公共事件，因此充分利用緊急事件交叉驗證的特點可能成為提升VANET整體安全級彆的方法。通過收集證人的反饋來交叉驗證緊急事件的方法可以被定義為一種投票機製。該機製最初用於檢測在沒有任何集中安全授權的分布式自組織網絡中行為不端的節點。這種協作往往適用於處理特殊類型的消息，如緊急消息，並且該機製可以移植到VANET中，以提高突發事件認證的整體安全性。 　　本書將VANET協作認證機製分為四類：RSU輔助認證（第5章）、基於TESLA的認證（第6章）、分布式協作認證（第7章）和上下文感知協作認證（第8章）。對於每類機製，本書引入瞭相應的消息認證協議，同時還對這些協議的安全性、效率和效益進行瞭分析。理論分析和仿真結果錶明，對車輛通信消息的安全認證來說，協作認證是一種很有前途的、有效的方式。 　　由於車輛的移動，車輛可以在路旁部署的RSU之間漫遊。最後一章討論瞭在VANET中實現無縫移動的挑戰。通過考慮車載通信網絡的一些固有特性如可預見的車輛移動，介紹瞭一種基於移動預測的無縫認證方案，實現快速認證，減少認證延遲時間。 　　本書主要介紹瞭我們對VANET中匿名消息驗證的研究結果，並且提供瞭一個綜閤性研究及VANET中安全和隱私問題的解決方案。 　　我們要感謝很多人的幫助，他們有見地的意見和建議，幫助我們更好地提高研究工作水平。特彆是，我們要感謝下述研究人員，他們與我們一起為本書所描述的這個令人興奮的研究課題努力：Prof.Xue min(Sherman)Shen,Prof.Pin-HanHo,Prof.HaojinZhu,Dr.ChenxiZhang,XiaotingSun,Dr.XiaoyuWang,Dr.XiaohuiLiang,Dr.TomH.Luan,和Dr.XuLi。與他們之間的討論和閤作為這本書打下瞭基礎。此外，還要感謝IEEE允許我們使用IEEE-版權作品。 　　加拿大安大略理工大學Xiaodong Lin 　　新加坡南洋理工大學Rongxing Lu 　　在提供更多的連接已經成為車輛智能化重要標誌的大趨勢下，隨著更多車輛接口的開放和更多接入方式的引入，車輛信息安全和隱私保護成為一個重要的問題。在這個大背景下，《車載ad hoc網絡的安全性與隱私保護》一書對車輛自組織網絡的安全和隱私保護提齣瞭相應的解決方案。本書涵蓋瞭安全技術、通信技術和車輛工程等學科的知識，專業程度較高，其齣版對我國車聯網的應用和發展具有積極的意義，可以為科研人員的研究提供參考。 　　隨著社會的發展和人們生活水平的提高，汽車已經變成瞭人們生活中的一部分，隨之而來的交通安全問題也成為世界性的大問題。隨著高速公路的發展和汽車性能的提高，汽車行駛速度也相應加快，加之汽車數量增加以及交通運輸日益繁忙，汽車事故增多所引起的人員傷亡和財産損失，已成為一個不容忽視的社會問題，汽車的行車安全的重要性更加凸顯。雖然汽車行業已經采用各種方法來保證駕駛人的安全，但是如何避免事故發生纔是未來車輛安全的討論重點。可以預見，車輛的主動安全性將成為未來汽車安全技術發展的重點和趨勢。 　　隨著通信技術的不斷發展，在“互聯網+”的時代背景下，人們開始研究車聯網技術在汽車主動安全性領域的應用，近年來已經成為國內外的研究熱點，歐美等國傢已經基於802��11a協議開發齣瞭專用短距通信（DSRC），即802��11p協議，而我國企業主導的LTE-V標準也已經在3GPP成功立項，2016年9月將推齣V2V版本。 　　從目前車聯網的發展趨勢來看，提供更多的連接已經成為車輛智能化的一個重要標誌。但隨著更多車輛接口的開放和更多接入方式的引入，車輛信息安全和隱私保護又成為一個重要的問題。在這個大背景下，這本書對車輛自組織網絡的安全和隱私保護提齣瞭相應的解決方案，該書的齣版對我國車聯網的應用和發展具有積極的意義，可以為科研人員的研究提供參考。 　　本書由大唐無綫移動創新中心車聯網産品綫的徐暉和周巍負責翻譯，前言、1~5章由徐暉負責翻譯，6~9章由周巍負責翻譯。在翻譯過程中得到瞭機械工業齣版社的大力支持，在此錶示衷心的感謝。作為一本學術專著，本書涵蓋瞭安全技術、通信技術和車輛工程等學科的知識，專業程度較高，在翻譯過程中，我們盡可能地保留原著的寫作風格，但是由於自身的水平有限，在翻譯中難免存在不足之處，希望能夠得到讀者的悉心指正。 　　譯者

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