车载自组织网络与电力分配系统的安全认证及分析

### 车载自组织网络与电力分配系统的安全认证及分析 #### 车载自组织网络（VANETs）的安全认证方案 在车载自组织网络（VANETs）中，安全认证和隐私保护是至关重要的。由于网络中可能存在恶意车辆注入虚假消息的情况，因此需要对消息和车辆进行认证，同时还要保护车辆的隐私。 ##### 问题定义 恶意车辆可能是外部车辆，也可能是原本正常的车辆。这些恶意车辆可能会使用不同身份注入虚假消息，从而导致严重后果。因此，消息和车辆都需要进行认证，并且认证过程需要保护车辆的隐私，但这种隐私必须是有条件的，在法律要求时应能够揭示车辆的真实身份。此外，由于车辆与路边基础设施（RSU）的交互时间较短，认证时间应尽可能短。 ##### VANETs的架构 VANETs的架构包含多级信任机构，具体如下： - 国家级信任机构（TA） - 州级信任机构（STA） - 城市级信任机构（CTA） 在每个CTA下有多个路边基础设施（RSU），车辆在道路上行驶并与RSU进行通信。车辆配备有防篡改设备（TPD），用于存储不同的密钥和证书，以防止和检测篡改。车辆在认证过程中会从CTA通过RSU获得多个假名、公钥/私钥和短证书，在广播时使用假名来保护隐私。 | 符号 | 描述 | | ---- | ---- | | \(v_i\) | 第 \(i\) 辆车 | | \(TA\) | 国家级信任机构 | | \(STA\) | 州级信任机构 | | \(RSU_i\) | 第 \(i\) 个路边基础设施/单元 | | \(CTA\) | 城市级信任机构 | | \(PK_e^+\) | 车载网络中任何实体的公钥 | | \(PK_{RSU_i}^+\) | 第 \(i\) 个RSU的公钥 | | \(PK_v^+\) | 第 \(i\) 辆车的私钥 | | \(PK_{RSU_i}^-\) | 第 \(i\) 个RSU的私钥 | | \(PK_v^-\) | 第 \(i\) 辆车的私钥 | | \(PE_{RSU_i}\) | 使用第 \(i\) 个RSU公钥的公钥加密函数 | | \(DE_{RSU_i}\) | 使用第 \(i\) 个RSU公钥的公钥解密函数 | | \(K_{CA}\) | 与CTA和车辆安全预共享的对称密钥 | | \(ID_v\) | 车辆的唯一身份，由CTA颁发 | | \(ID_{RSU}\) | 第 \(i\) 个路边基础设施的唯一身份，由CTA颁发 | | \(Sig_{CA}\) | CTA的签名 | ##### 认证协议描述 认证方案分为四个阶段： 1. **阶段一：车辆向RSU发送关联和认证请求** - 步骤1：车辆进入RSU的通信范围时，接收RSU的身份和公钥。 - 步骤2：车辆从存储池中选择一个假名和当前时间戳 \(t_0\)。 - 步骤3：计算MAC值 \(ps_0 = h(ID_v', t_0)\)，其中 \(t_0\) 是4字节的时间戳，用于防止重放攻击和Sybil攻击。 - 步骤4：车辆发送