vehicular communication network L5 3G

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基于节点密度和链路稳定性的AODV路由协议孙友伟;王楠;孙小田【摘要】为提高车联网通信中节点间数据传输的效率,提出一种基于节点密度和链路稳定性的按需路由算法.在节点的有效信号覆盖范围内根据节点间的相对距离设置转发等待时间,利用Hello报文统计各节点的邻节点数,依据邻节点数确定各节点分组转发概率,根据运动速度及方向计算中继节点的活跃时间,得到整条源至目的节点的链路有效时间,比较链路有效时间的大小选择稳定性高的路由.NS2仿真结果表明,优化后的算法提高了节点的平均分组投递率,降低了网络的平均时延,尤其在车辆节点密集情况下,路由的整体性能较AODV具有明显优化.%To ensure the effective transmission of data between nodes in the vehicle network communication,a routing algorithm based on node density and link stability was submitted.According to the relative distance between the nodes in the effective sig-nal coverage of the node,the forwarding waiting time was set,the Hello packet was used to obtain the adjacent node number and determine the packet forwarding probability.According to the velocity and direction of motion,the active time of the node was calculated to get the link effective time from the entire source to the destination node.The high stability of the better route was selected.The NS2 simulation results show that the optimized algorithm improves the average packet delivery ratio of the nodes and the average time delay is reduced,especially in the dense case of vehicle nodes,the overall performance of the routing is opti-mized obviously compared to AODV.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2016(037)012【总页数】5页(P3201-3204,3234)【关键词】车联网;最佳路由;盲目洪泛;按需距离矢量路由;自组织网络【作者】孙友伟;王楠;孙小田【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安 710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安 710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安 710061【正文语种】中文【中图分类】TN913.6VANET(vehicular Ad Hoc network)即车辆自组织网络[1-3]，它是Ad Hoc的一种特殊形式，每辆汽车自发组成一个无中心控制的自组织网络，以无线多跳的方式进行车辆间信息的传递，为驾驶中的司机提供实时性交通道路信息。

基于短群签名的密钥交换协议设计孙钰;韩庆同;刘建伟【摘要】A new key exchange protocol using linear encryption based on short group signature is proposed in this paper. Typically, a short group signature system includes six steps: setup, join, sign, verify, open and revocation. It can provide conditional privacy to group members. The key exchange phase is added into short group signature system so that short group signature system may offer confidentiality after the new key exchange phase. The proposed protocol could implement key exchange between TA(trust authority) and a group member. With the help of TA, the seed of session key can be exchanged between two group members according to this protocol. The following communication can be encrypted by symmetric encipherment algorithm using the exchanged key after key exchange phase. No more parameters is introduced into short group signature system by proposed protocol, which reduces the difficulty in system management. X. 509 certification or PKI is unnecessary in proposed protocol, which keeps the conditional privacy of short group signature. Key is exchanged in only two communications, which reduces network delay and congestion. Security analysis proves that the proposed protocol resists tampering attack, impersonal attack, replay attack and man-in-the-middle attack. It provides confidential to short group signature system, which makes short group signature system more suitable for VANET, trust computing and cloud computing.%本协议采用线性加密技术,在短群签名体制下实现了密钥交换,为短群签名系统加入了密钥交换阶段.典型的短群签名系统包含以下6个阶段:初始化、入网、签名、验签、身份验证和撤销,可为群成员提供条件隐私性.本协议加入了密钥交换阶段,使短群签名系统具有保密性.该协议既可实现群成员与TA(trust authority)间的密钥交换,也可在TA的协助下,实现群成员间的密钥交换,为TA与群成员、群成员间的信息传输提供了保密性.本协议无需引入X.509证书,仅利用短群签名系统原有的参数即可完成密钥交换,既保持了短群签名的条件隐私性,也降低了系统管理的难度.本密钥交换协议仅需要两次通信,通信开销小,能降低网络延时和拥塞.安全性分析证明了该协议可抵抗篡改攻击、伪装攻击、重放攻击和中间人攻击.该协议完善了群签名体制,可为车载网络、可信计算和云计算等网络提供保密性.【期刊名称】《计算机研究与发展》【年(卷),期】2012(049)012【总页数】4页(P2619-2622)【关键词】短群签名;线性加密;密钥交换;保密性;中间人攻击【作者】孙钰;韩庆同;刘建伟【作者单位】北京航空航天大学电子信息工程学院北京 100191;北京航空航天大学电子信息工程学院北京 100191;北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191【正文语种】中文【中图分类】TP393.02Chaum和Van Heyst于1991年首次提出群签名方案[1]，该方案允许群成员以群的名义签名.验签者使用唯一的群公钥验证群签名，只有TA（trust authority），即群管理员可以从群签名中获得签名者的身份，即群签名具有条件隐私性.Boneh，Boyen和Shacham于2004年提出了短群签名方案[2]，进一步降低了群签名的运算开销和通信开销.群签名系统迫切需求密钥交换协议以提供保密性.群签名主要用于可信计算和车载网络.一旦发生争执或遇到险情，当事人需要向TA提供必要的信息以证明自己的清白或寻求帮助.当事人与TA间需要加密传输敏感信息.为了相互协作，群成员间也需要传输信息.文献[3]提出了适用于群签名的密钥交换协议，但需要引入数字证书，既增加了管理开销，也可能泄露用户隐私.本文利用线性加密，为短群签名系统加入了密钥交换阶段，使短群签名系统在提供条件隐私性的同时，也能提供保密性.1 短群签名基础1.1 符号和假设TA选择具有同构运算ψ的双线性对（G1，G2），在（G1，G2）上存在强 DH假设，G1上存在线性假设[2].随机选择 G2 的一个生成元g2，并设g1←ψ（g2）.随机选择计算u，v∈G1，使并计算至此，TA 得到群公钥：gpk＝（g1，g2，h，u，v，w），群管理员私钥TA 利用之前生成的γ为注册成员i生成私钥.TA首先随机选择，之后计算xi）构成了一个SDH元组，即为成员i的私钥，TA将成员i的身份信息IDi和Ai存入数据库.Alice和Bob均是合法的群成员.文中‖表示串接运算，xor表示异或运算，H（M）表示计算消息M 的摘要值，LE（M）表示对消息M进行线性加密.1.2 线性加密线性加密（linear encryption）是对ElGamal加密的一种改进，即使攻击者能计算群中的DDH判定，线性加密也是安全的[2].线性加密的公钥是群G1的3个生成元u，v，h∈G1，私钥是指数x，y∈ZZp，x，y满足ux＝vy＝h.为加密消息M，Alice选择随机数a，b∈ZZp，生成三元组（T1，T2，T3）：Bob收到（T1，T2，T3）后，解密过程如下：2 基于短群签名的密钥交换协议短群签名系统包含以下6个阶段：初始化（setup）、入网（join）、签名（sign）、验签（verify）、身份验证（open）和撤销（revocation）[4].本文利用线性加密，为短群签名系统加入了密钥交换阶段，可为车载网络[5－6]、可信计算和云计算[7－9]等网络提供保密性.2.1 群成员与TA间的密钥交换一旦发生争执或遇到险情，群成员Alice可利用该协议与TA在不安全信道上建立共享密钥，利用AES等对称加密算法保护敏感信息.本文提出的群成员Alice与TA间的密钥交换协议描述如下：1）Alice选择随机数R1∈ZZp，并计算R1的短群签名s；2）Alice选择随机数a，b∈ZZp，利用群公钥gpk中的u，v，h，按照式（1）线性加密R1，计算并向 TA发送LE（R1）‖s；3）TA使用群管理员私钥gmsk，按照式（2）解密LE（R1），得到R1；4）TA验证R1的签名是否合法，是则选择随机数R2∈ZZp，向 Alice返回R2‖H （R1‖R2），否则拒绝 Alice的请求.H（R1‖R2）是消息验证码[10]；5）Alice验证TA返回的消息验证码是否正确.至此，Alice与TA间以R1为AES密钥生成器的种子，建立会话密钥.其示意图如图1所示：Fig.1 Key exchange between TA and group member.图1 TA与群成员间的密钥交换2.2 群成员之间的密钥交换群成员间如果要进行保密通信，可借助TA完成双向的身份认证，在群签名系统中实现Diffie－Hellman密钥交换[10].假设Alice和Bob均为群成员.本文提出的群成员间的密钥交换协议描述如下：1）Alice选择随机数x，R1∈ZZp，计算H（X‖R1‖ID2）的短群签名s1，ID2是Bob的身份码；2）Alice选择随机数a，b∈ZZp，利用群公钥gpk中的u，v，h，按照式（1）线性加密R1，计算并向 TA发送X‖（ID2xor R1）‖LE（R1）‖s1；3）Bob选择随机数y，R2∈ZZp，计算Y＝gy1，H（Y‖R2‖ID1）的短群签名s2，ID1 是Alice的身份码；4）Bob选择随机数c，d∈ZZp，利用群公钥gpk中的u，v，h，按照式（1）线性加密R2，计算并向 TA发送Y‖（ID1xor R2）‖LE（R2）‖s2；5）TA使用群管理员私钥gmsk，按照式（2），解密R1 和R2，通过计算（ID1xor R2）xor R2，（ID2 xor R1）xor R1得到ID1和ID2；6）TA验证s1和s2的合法性，TA仅接受通过验签的请求，并从签名中提取Alice和Bob的身份，判断是否与ID1和ID2匹配；7）TA分别向Alice和Bob返回Y‖H（Y‖R1）和X‖H（X‖R2）.H（Y‖R1）和H（X‖R2）是消息验证码；8）Alice和Bob分别验证TA返回的消息验证码是否正确.至此，Alice和Bob经TA 完成了Diffie－Hellman密钥交换，建立了共享密钥gxy1.TA参与了密钥交换过程，但仍无法计算Alice和Bob间的共享密钥.其示意图如图2所示：Fig.2 Key exchange between group members.图2 群成员间的密钥交换3 安全性分析本节假设Trent为攻击者，Alice和Bob为合法群成员.Trent可获得群公钥gpk，但无法获得其他群成员的私钥和群管理员私钥gmsk.Trent可侵入信道，截获、篡改、丢弃或重发网络中的数据包，但无法控制群成员和TA.Trent尝试对本协议进行篡改攻击、伪装攻击、重放攻击和中间人攻击.Fig.4 Man－in－the－middle attack－2.图4 中间人攻击23.1 抵抗篡改、伪装和重放攻击若Trent篡改群成员发送至TA的数据包，会因验签失败而被TA发现.若Trent篡改TA发送至群成员的数据包，会因消息验证码错误而被群成员发现.因此，无论群成员还是TA都可发现消息被篡改，本协议可抵抗篡改攻击.Trent尝试伪装成群成员或TA对本协议进行伪装攻击.Trent因为没有发起通信的群成员的私钥，无法生成合法的短群签名，TA会因验签失败拒绝Trent的请求，所以无法伪装成群成员.Trent因为没有群管理员私钥，无法解密经线性加密的三元组（T1，T2，T3），更无法回复群成员，所以无法伪装成TA.综上分析，本协议可抵抗伪装攻击.群成员向TA发送的数据包中包含随机量，TA向用户回复时，需要根据用户加密提交的随机量生成消息验证码.因此，本协议抵抗重放攻击.3.2 抵抗中间人攻击本节假设Trent是群成员，以更有效的对本协议发动中间人攻击.情况1.Trent攻击群成员和TA的密钥交换.攻击模型如图3所示.Trent截获Alice发送至TA的LE（R1）‖s，自己选择随机数R，按照上述协议对R用自己的私钥签名并发送至TA，因Trent是群成员，可通过TA的验证，TA向Trent回复R2‖H（R‖R2），Trent无法解密LE（R1），只能向Alice回复R2‖H（R‖R2），但会因消息验证码出错而被Alice发现.Fig.3 Man－in－the－middle attack－1.图3 中间人攻击1情况2.Trent攻击群成员间的密钥交换.攻击模型如图4所示.Trent截获Alice发送至TA的X‖（ID2xor R1）‖LE（R1）‖s1，自己选择随机数R，按照上述协议对R用自己的私钥签名并发送至TA.TA会发现从Trent的签名中提取的身份与Bob请求中的ID2不符，双向认证失败，进而拒绝Trent的请求.综上所述，本协议可抵抗篡改攻击、伪装攻击、重放攻击和中间人攻击.4 结论本文所述的基于短群签名的密钥交换协议既可实现群成员与TA间的密钥交换，也可在TA的协助下，实现群成员间的密钥交换.本协议无需引入X.509证书，仅利用短群签名系统原有的参数，借助线性加密完成密钥交换，既保持了短群签名的条件隐私性，也未增加系统管理的难度.密钥交换仅需要两次通信，通信开销小，并可通过预计算降低运算开销.协议可抵抗篡改攻击、伪装攻击、重放攻击和中间人攻击.该协议完善了群签名体制，加入了密钥交换阶段，可为车载网络、可信计算和云计算等网络提供保密性.参考文献[1] Chaum D，van Heyst E.Group signatures[C]//Proc of the 10th AnnualInt Conf on Theory and Application of Cryptographic Techniques.New York：ACM，1991：257－265[2] Boneh D，Boyen X，Shacham H.Short group signatures[C]//Proc of the 24th Annual Int Cryptology Conference.New York：ACM，2004：41－55 [3] Kim 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Privacy－preserving authentication based on short group signature in vehicular networksC//Proc of the 1st Int Symp on DataPrivacy and E－Commerce.Piscataway，NJ：IEEE，2007：138－142[6] Liu Hui， Li Hui， Ma Zhanxin. Efficient and secure authentication protocol for VANET[C]//Proc of Int Conf on Computational Intelligence and Security（CIS）.Piscataway，NJ：IEEE，2010：523－527[7] Othman H，Hashim H，et al.A conceptual framework providing Direct Anonymous Attestation（DAA）protocol in trusted location－based services（LBS）[C]//Proc of the 5th Int Conf for Internet Technology and Secured Transactions（ICITST）.Piscataway，NJ：IEEE，2010：1－7[8] Daniel S，Stefan R.Anonymous but authorized transactions supporting selective traceability[C]//Proc of the 5th Int Conf on Security and Cryptography （SECRYPT）.Piscataway，NJ：IEEE，2010：1－10[9] Jensen M，Schage S，Schwenk J.Towards an anonymous access control and accountability scheme for cloud computing[C]//Proc of Int Conf on Digital Object Identifier.Piscataway，NJ：IEEE，2010：540－541[10] Liu Jianwei，Wang work security－technology and practice[M].Beijing：Tsinghua University Press，2007：110－113（inChinese）（刘建伟，王育民.网络安全－技术与实践[M].北京：清华大学出版社，2007）。