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车载自组网中可证明安全的无证书认证方案

曾萍 郭瑞芳 马英杰 高原 赵耿

曾萍, 郭瑞芳, 马英杰, 高原, 赵耿. 车载自组网中可证明安全的无证书认证方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(12): 2873-2881. doi: 10.11999/JEIT190883
引用本文: 曾萍, 郭瑞芳, 马英杰, 高原, 赵耿. 车载自组网中可证明安全的无证书认证方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(12): 2873-2881. doi: 10.11999/JEIT190883
Ping ZENG, Ruifang GUO, Yingjie MA, Yuan GAO, Geng ZHAO. Provable Security Certificateless Authentication Scheme for Vehicular Ad hoc Network[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2020, 42(12): 2873-2881. doi: 10.11999/JEIT190883
Citation: Ping ZENG, Ruifang GUO, Yingjie MA, Yuan GAO, Geng ZHAO. Provable Security Certificateless Authentication Scheme for Vehicular Ad hoc Network[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2020, 42(12): 2873-2881. doi: 10.11999/JEIT190883

车载自组网中可证明安全的无证书认证方案

doi: 10.11999/JEIT190883
基金项目: 国家自然科学基金(61772047)
详细信息
    作者简介:

    曾萍:女,1969年生,教授,研究方向为通信与网络安全、物联网安全

    郭瑞芳:女,1994年生,硕士生,研究方向为物联网安全

    马英杰:女,1979年生,副教授,研究方向为混沌密码通信

    高原:女,1979年生,讲师,研究方向为区块链应用

    赵耿:男,1964年生,教授,博士生导师,研究方向为混沌密码通信

    通讯作者:

    郭瑞芳 fang_wankai@163.com

  • 中图分类号: TN918; TN393.08

Provable Security Certificateless Authentication Scheme for Vehicular Ad hoc Network

Funds: The National Natural Science Fouundation of China (61772047)
  • 摘要: 认证协议的设计是目前车载自组网(VANET)安全领域的研究热点。现有的认证方案中普遍存在密钥托管带来的安全问题,以及使用计算量大的双线性对导致认证效率很低。针对以上问题,该文提出可证明安全的无证书批认证方案,方案中车辆的密钥由车辆自身和一个密钥生成中心共同生成,解决密钥需要托管给第三方维护的问题;方案的签名构造不使用计算量大的对运算,减少了计算开销;引入批认证来减少路边设施的认证负担,提高认证效率。基于求解椭圆曲线上的离散对数问题的困难性假设,在随机预言机模型中证明了该方案可以抵抗自适应选择消息和身份攻击,从而抵抗更改攻击和假冒攻击,并具有匿名性、可追踪性等特点。与现有方案相比,该方案实现了更高效的认证。
  • 图  1  VANET系统通信模型

    图  2  方案总的认证计算开销

    图  3  批认证时间开销

    表  1  批认证过程中无效消息查找算法(二分查找算法)

     输入:List={IDi, Mi, Wi, σi, Ti}
     输出:InvalidList={ID1, ID2, ···, IDm}
     (1) Function
     (2) batch And Search(List, InvalidList, Index, low, high)
     (3)  /*Function batchAuth(List, low, high)表示对消息数组下
        标Index属于[low, high]的消息进行式(2)所述批认证,成功
        则返回true,失败则返回false*/
     (4)  if (batchAuth(List, Index Low, high)) then
     (5) return true
     (6) else if (low==high)
     (7)   Invalid List.append(List[low])
     (8)   return Invalid List
     (9)   else
     (10)    mid=(low+high)/2
     (11)    batch And Search(List, InvalidList, Index, low, mid)
     (12)    batch And Search(List, InvalidList, Index, mid+1,
          high)
     (13)   end if
     (14)   return InvalidList
     (15)  end if
     (16)  end Function
     (17)  for i:=1 to n do
     (18)   batch And Search(List, InvalidList, i, 1, n)19: end for
    下载: 导出CSV

    表  2  不同方案的计算开销(ms)

    方案签名生成认证1条消息认证n条消息
    文献[15]5Tmul-G1+1Tpa-G1+1Tmtp=12.9581Tmul-G1+3Texp+Tmtp=18.7480nTmul-G1+3Texp+nTmtp=5.1120n+12.6117
    文献[17]4Tmul-G1+1Tpa-G1+2Tmtp+1Th=15.65522Tpar+2Tmul-G1+1Tpa-G1+1Tmtp
    +1Th=8.4273
    2Texp+2nTmul-G1+nTpa-G1+nTmtp+nTh
    =7.8312n+8.422
    文献[12]5Texp+3Th= 0.0253Texp+2Tpar+3Th=8.4273(n+1)Tpar+nTexp+3nTh=4.2163n+4.2110
    本文4Tmul-G+2Tpa-G+3Th=1.76664Tmul-G+3Tpa-G+3Th=1.7737(2n+2)Tmul-G+3nTh+(2n+1)Tpa-G=
    0.8879n+0.8858
    下载: 导出CSV

    表  3  不同方案的通信开销(Byte)

    方案发送1条消息发送n条消息
    本文144144n
    文献[17]384384n
    文献[15]388388n
    文献[12]144144n
    下载: 导出CSV
  • [1] KENNEY J B. Dedicated short-range communications (DSRC) standards in the United States[J]. Proceedings of the IEEE, 2011, 99(7): 1162–1182. doi:  10.1109/jproc.2011.2132790
    [2] 张春花, 臧海娟, 薛小平, 等. 车联网轨迹隐私保护研究进展[J]. 计算机应用, 2017, 37(7): 1921–1925, 1942. doi:  10.11772/j.issn.1001-9081.2017.07.1921

    ZHANG Chunhua, ZANG Haijuan, XUE Xiaoping, et al. Research progress in internet of vehicles trajectory privacy protection[J]. Journal of Computer Applications, 2017, 37(7): 1921–1925, 1942. doi:  10.11772/j.issn.1001-9081.2017.07.1921
    [3] 李馥娟, 王群, 钱焕延. 车联网安全威胁综述[J]. 电子技术应用, 2017, 43(5): 29–33, 37.

    LI Fujuan, WANG Qun, and QIAN Huanyan. Survey on security threats of Internet of vehicles[J]. Application of Electronic Technique, 2017, 43(5): 29–33, 37.
    [4] QU Fengzhong, WU Zhihui, WANG Feiyue, et al. A security and privacy review of VANETs[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2015, 16(6): 2985–2996. doi:  10.1109/tits.2015.2439292
    [5] LI Jie, LU Huang, and GUIZANI M. ACPN: A novel authentication framework with conditional privacy-preservation and non-repudiation for VANETs[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2015, 26(4): 938–948. doi:  10.1109/tpds.2014.2308215
    [6] WANG Fei, XU Yongjun, ZHANG Hanwen, et al. 2FLIP: A two-factor lightweight privacy-preserving authentication scheme for VANET[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, 65(2): 896–911. doi:  10.1109/tvt.2015.2402166
    [7] ZHONG Hong, WEN Jingyu, CUI Jie, et al. Efficient conditional privacy-preserving and authentication scheme for secure service provision in VANET[J]. Tsinghua Science and Technology, 2016, 21(6): 620–629. doi:  10.1109/tst.2016.7787005
    [8] HE Debiao, ZEADALLY S, XU Baowen, et al. An efficient identity-based conditional privacy-preserving authentication scheme for vehicular ad hoc networks[J]. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 2015, 10(12): 2681–2691. doi:  10.1109/TIFS.2015.2473820
    [9] ZHANG Yaling, YANG Liang, and WANG Shangping. An efficient identity-based signature scheme for vehicular communications[C]. The 2015 11th International Conference on Computational Intelligence and Security, Shenzhen, China, 2015: 326–330. doi: 10.1109/cis.2015.86.
    [10] SHIM K A. CPAS: An efficient conditional privacy-preserving authentication scheme for vehicular sensor networks[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2012, 61(4): 1874–1883. doi:  10.1109/tvt.2012.2186992
    [11] SHAO Jun, LIN Xiaodong, LU Rongxing, et al. A threshold anonymous authentication protocol for VANETs[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, 65(3): 1711–1720. doi:  10.1109/tvt.2015.2405853
    [12] ZHANG Lei, WU Qianhong, DOMINGO-FERRER J, et al. Distributed aggregate privacy-preserving authentication in VANETs[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2017, 18(3): 516–526. doi:  10.1109/tits.2016.2579162
    [13] LIU Zhicai, XIONG Ling, PENG Tu, et al. A realistic distributed conditional privacy- preserving authentication scheme for vehicular ad hoc networks[J]. IEEE Access, 2018, 6: 26307–26317. doi:  10.1109/ACCESS.2018.2834224
    [14] CUI Jie, TAO Xuefei, ZHANG Jing, et al. HCPA-GKA: A hash function-based conditional privacy-preserving authentication and group-key agreement scheme for VANETs[J]. Vehicular Communications, 2018, 14: 15–25. doi:  10.1016/j.vehcom.2018.09.003
    [15] BAYAT M, BARMSHOORY M, RAHIMI M, et al. A secure authentication scheme for VANETs with batch verification[J]. Wireless Networks, 2015, 21(5): 1733–1743. doi:  10.1007/s11276-014-0881-0
    [16] LO N W and TSAI J L. An efficient conditional privacy-preserving authentication scheme for vehicular sensor networks without pairings[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, 17(5): 1319–1328. doi:  10.1109/tits.2015.2502322
    [17] HORNG S J, TZENG S F, HUANG P H, et al. An efficient certificateless aggregate signature with conditional privacy-preserving for vehicular sensor networks[J]. Information Sciences, 2015, 317: 48–66. doi:  10.1016/j.ins.2015.04.033
    [18] GAYATHRI N B, THUMBUR G, REDDY P V, et al. Efficient pairing-free certificateless authentication scheme with batch verification for vehicular ad-hoc networks[J]. IEEE Access, 2018, 6: 31808–31819. doi:  10.1109/ACCESS.2018.2845464
    [19] KARATI A, ISLAM S H, and KARUPPIAH M. Provably secure and lightweight certificateless signature scheme for IIoT environments[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018, 14(8): 3701–3711. doi:  10.1109/tii.2018.2794991
    [20] ZHANG Bo, ZHU Tianqing, HU Chengyu, et al. Cryptanalysis of a lightweight certificateless signature scheme for IIOT environments[J]. IEEE Access, 2018, 6: 73885–73894. doi:  10.1109/access.2018.2883581
    [21] 吴涛, 景晓军. 一种强不可伪造无证书签名方案的密码学分析与改进[J]. 电子学报, 2018, 46(3): 602–606. doi:  10.3969/j.issn.0372-2112.2018.03.013

    WU Tao and JING Xiaojun. Cryptanalysis and improvement of a certificateless signature scheme with strong unforgeability[J]. Acta Electronica Sinica, 2018, 46(3): 602–606. doi:  10.3969/j.issn.0372-2112.2018.03.013
    [22] 谢永, 李香, 张松松, 等. 一种可证安全的车联网无证书聚合签名改进方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(5): 1125–1131. doi:  10.11999/JEIT190184

    XIE Yong, LI Xiang, ZHANG Songsong, et al. An improved provable secure certificateless aggregation signature scheme for vehicular ad hoc NETworks[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(5): 1125–1131. doi:  10.11999/JEIT190184
  • [1] 魏春艳, 蔡晓秋, 王天银, 苏琦, 秦素娟, 高飞, 温巧燕.  基于量子不经意密钥传输的量子匿名认证密钥交换协议, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT190679
    [2] 张玉磊, 文龙, 王浩浩, 张永洁, 王彩芬.  多用户环境下无证书认证可搜索加密方案, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT190437
    [3] 张永洁, 张玉磊, 王彩芬.  具有内部安全性的常数对无证书聚合签密方案, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT170419
    [4] 宋华伟, 金梁, 张胜军.  基于标签信号的物理层安全认证, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT170672
    [5] 张玉磊, 张灵刚, 王彩芬, 马彦丽, 张永洁.  可证安全的IDPKC-to-CLPKC异构签密方案, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT170062
    [6] 毛可飞, 陈杰, 刘建伟.  层次身份基认证密钥协商方案的安全性分析和改进, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT151443
    [7] 罗敏, 孙腾, 张静茵, 李莉.  两个无证书聚合签名方案的安全性分析, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT151350
    [8] 季新生, 杨静, 黄开枝, 易鸣.  基于哈希方法的物理层认证机制, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT160007
    [9] 可证安全的紧致无证书聚合签密方案, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT150407
    [10] 谢润, 许春香, 陈文杰, 李万鹏.  一种具有阅读器匿名功能的射频识别认证协议, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT140902
    [11] 张玉磊, 李臣意, 王彩芬, 张永洁.  无证书聚合签名方案的安全性分析和改进, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT141635
    [12] 曹晨磊, 刘明奇, 张茹, 杨义先.  基于层级化身份的可证明安全的认证密钥协商协议, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2014.00684
    [13] 刘雪峰, 张玉清, 王鹤, 张光华.  一种后向撤销隐私安全的车载自组织网络快速匿名消息认证协议, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.00342
    [14] 傅建庆, 陈健, 范容, 陈小平, 平玲娣.  基于代理签名的移动通信网络匿名漫游认证协议, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.01455
    [15] 葛爱军, 陈少真.  具有强安全性的不含双线性对的无证书签名方案, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.00965
    [16] 金海旻, 许胤龙, 王石.  无线网络中高效的匿名漫游安全协议, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.01038
    [17] 孙银霞, 李晖, 李小青.  无证书体制下的多接收者签密密钥封装机制, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.01260
    [18] 侯惠芳, 刘光强, 季新生, 张秋闻.  基于公钥的可证明安全的异构无线网络认证方案, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2008.01411
    [19] 刘金龙, 许宗泽.  利用Cartesian认证码构造安全认证码, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2006.00846
    [20] 田子建, 王继林, 伍云霞.  一个动态的可追踪匿名认证方案, 电子与信息学报.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-11-04
    • 修回日期:  2020-10-19
    • 网络出版日期:  2020-10-23
    • 刊出日期:  2020-12-08

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