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原文传递基于代理签名的车辆自组网的隐私保护研究

论文题名：	基于代理签名的车辆自组网的隐私保护研究
关键词：	代理签名;车辆自组网;隐私保护;传感器网络
摘要：	车辆自组网(Vehicular ad hoc network,简称VANET)是物联网浪潮在智能交通领域所新兴的一种重要应用形态,主要涉及移动自组织网络和传感器网络,近年来已经成为了学术界和工业界共同的研究热点。VANET旨在提升道路交通的行车安全和行车效率,能够有效加强交通安全、防范治理拥堵和改善驾乘环境,具有迫切的实用需求,广阔的应用前景,以及改善民生的重大战略意义。但同时,VANET中隐私信息比较丰富并且十分敏感,加上规模大,速度快,开放性等特点,使得VANET面临严重隐私泄露威胁。人们在担忧其安全和个人隐私得不到充分保障的情况下,不太可能接受和参与VANET,这严重制约了VANET的进一步发展和应用。因此,设计有效的隐私保护机制就逐渐成为了VANET研究与设计、应用与部署中的一个至关重要的紧迫性、基础性和挑战性的问题。目前,有越来越多的研究者投入到这个热点领域,挖掘出了很多问题,并积累了不少成果。但目前还是缺乏对VANET隐私保护进行针对性的系统视角的体系架构研究,现有的隐私保护协议的综合效率、实用性、适应性和可扩展性等也具有一定的提升空间。　　在VANET隐私保护这一主题的指导下,本文专注于VANET应用中需求最迫切的身份隐私保护这个主要研究对象,系统分析了VANET隐私保护领域相关的概念、模型(系统模型和攻击模型)、安全需求和研究现状,并综合考虑了实际生态环境中实用化、可扩展性和部署方面的问题,深入研究了基于代理签名的VANET隐私保护的机制,主要的研究成果包括如下五个方面: 　　(1)在VANET隐私保护体系架构层面上,提出了一个面向实用的基于代理签名簇的隐私保护框架V S-PPF:分析了以消息和隐私保护为中心的安全机制,提出了事先预判模式,事中挫败模式和事后追踪等三种基本模式。并以实际可操作性,可伸缩性为基本设计准则,对该框架进行了多方位的深入探讨和分析,自顶向下按辖区划分了四个级别设置,分析了七个关键角色,在基本框架的关键位置嵌入了四个关键代理签名:条件隐私保护型代理签名,身份认证授权型代理签名,防追溯滥用授权型代理签名,业务前置授权型代理签名。该框架不仅具有对车辆隐私进行安全保护的能力,还具备良好的实际部署能力和可扩展能力,可用于规范和指导实际运营系统的建设。　　(2)针对车-路(V2I)通信的隐私保护,基于路边单元和标准模型下的单跳代理重签名,设计了一个可追溯身份隐私保护协议:TP4RS。认证中心TRC授权路边单元作为代理,将车载单元签名的消息以TRC的名义进行代理重签名,从而很好的消除了根据签名追踪车载单元的风险;必要时,TRC能准确追溯到消息的原始签名者。安全性和性能对照分析表明该协议能够很好的满足VANET中条件隐私保护的目标。　　(3)针对车-车(V2V)通信的隐私保护,基于城市交通的浮动车辆,设计了一个可追溯身份隐私保护协议:FAPP。FAPP采取浮动车辅助成群隐私保护技术:浮动车F联合周边车辆自发形成一个群组G,F作为组长,负责认证组员有效性、颁发组密钥和规定组参数;F将组员秘密发送给自己的消息匿名化处理后,用组密钥对称加密后再转发给其它组员或者其它组。必要时,TRC能准确定位消息的产生者。安全性和性能分析表明该协议能够很好的满足VANET中车-车通信下条件隐私保护的目标。　　(4)基于双线性对(Weil对或Tate对)、无证书公钥体制(CL-PKC)和秘密共享机制,设计了一个用于追溯权管理的可追溯门限代理隐私保护协议:TC-TPS。追溯权管理机构能将追溯权授权给特定的n个代理人组成的群体,任何大于或等于t个授权代理人合作,就能得到一个合法的代理签名,但少于t个则不能。为了保护代理签名者的隐私,TC-TPS的代理签名者具有匿名性,但同时通过特定标签的设置,需要时可通过认证中心准确追溯到实际签名者。TC-TPS满足随机预言机下代理签名的安全性,消除了密钥托管问题,并具备较好的效率。　　(5)基于上述框架和协议,提出了一个VANET隐私保护系统:PKU-V PPS,给出了该系统的体系架构并进行了深入的分析和探讨。PKU-V PPS系统以TP4RS,FAPP,TC-TPS等协议为关键技术支撑点,不仅具有对车辆隐私的保护能力,还具备良好的实际部署能力和可扩展能力。通过系统设计原则的确定,子系统的规划和设计(包括管理总中心子系统,管理分中心子系统,追溯事件审计子系统,路边单元运维子系统,路边单元子系统,车载单元子系统,应用子系统簇),进一步对实际系统的建设提出了直接的指导意见。系统分析表明PKU-V PPS能很好的满足VANET隐私保护系统的各项需求。
作者：	杨涛
专业：	计算机软件与理论
导师：	陈钟
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文