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直连场景下V2X安全服务架构与椭圆曲线加密算法研究
| 论文题名： | 直连场景下V2X安全服务架构与椭圆曲线加密算法研究 |
| 关键词： | 车联网;椭圆曲线加密;椭圆曲线密码体制;V2X安全服务架构;直连场景 |
| 摘要： | 车联网的快速演进使得车辆智能网联程度不断提高，而车联网安全是推动车联网高质量发展的关键技术之一。车联网运用新一代信息技术，融合汽车制造、电子信息、网络通信，促使汽车由封闭向开放发展，实现车与车、车与人、车与路之间的实时信息交互，减少交通安全事故、提升交通效率。然而，开放连接增多、数据交互增大导致的各类安全问题正在逐步威胁车联网信息交互安全。因此，车联网通信安全已成为产业界和学术界关注的热点和难点问题。为保证车联网V2X设备间通信安全，本文基于PKI认证体系和国密算法，构建了LTE-V2X安全通信架构；设计了V2X安全服务保障直连场景通信安全；针对椭圆曲线密码体制标量乘计算算法进行了优化，进一步提高了椭圆曲线运算效率。本文主要工作如下： （1）分析了LTE-V2X车联网系统在不同通信场景下面临的安全风险及安全需求，结合安全需求给出车联网通信中不同安全域所应具备的安全机制，确定V2X设备通信安全由应用层保障的基本思路。 （2）实现了基于PKI体系和国密算法的V2X安全服务。分析现有车联网通信架构及管理体系特点，确定基于PKI的LTE-V2X身份认证体系，并利用该身份认证体系，设计并实现直连通信场景下V2X安全服务的各项功能，为车联网设备间通信提供身份认证和数据加密等服务。 （3）进行了椭圆曲线密码体制标量乘快速算法研究。为提高车联网安全通信中签名验签效率，分析椭圆曲线密码体制中最为耗时的标量乘计算及其优化方向，针对底层域快速算法进行研究，推导并分析仿射坐标下标量乘算法详细步骤，分别提出计算2kP和3kP的改进算法，进一步减少椭圆曲线标量乘运算量。 （4）完成了V2X安全服务的功能测试和性能测试。在安全服务设计完成的基础上，完善应用层和网络层实现，模拟真实车联网通信条件，结合相关硬件平台对V2X安全服务的密码运算、数字证书管理等模块进行功能测试，对安全通信和签名验签进行性能测试。 综上所述，本文通过对车联网通信安全的研究，完成了直连通信场景下V2X安全服务的具体设计与实现，分析椭圆曲线密码体制标量乘算法，提出了仿射坐标下标量乘计算的改进算法，提升椭圆曲线密码体制运算效率。结果表明，本文设计并实现的V2X安全服务能够为车联网通信提供安全支撑，提出的椭圆曲线标量乘计算算法较之前的研究运算量更少，效率更高。 |
| 作者： | 郭星 |
| 专业： | 计算机科学与技术 |
| 导师： | 惠飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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