车联网环境下的网络安全需求分析

2019-04-18马佳荣李兰凤

网络安全技术与应用 2019年4期

◆马佳荣李兰凤

（西安文理学院（西安）信息工程学院陕西 710065）

0 引言

根据车联网（Vehicular Ad hoc Network，简称VANET）的定义，车联网是以车内网、车际网和车载自组网为基础，依照约定的通信协议和数据交互标准，通过完成车与车、车与网络间的无线通信和信息交互，实现对交通的智能管理和控制的一体化网络[1]。车联网架构如图1所示。

图1 车联网系统架构图

车联网环境下，网络的安全性能[2]是保证系统正常运行的前提，为此，首先需要对车联网环境下的网络安全需求进行分析。考虑到影响网络安全的因素较为多样，本文从身份认证、完整性、机密性、可用性和接入可控五方面进行分析。

1 车联网安全需求分析

1.1 身份认证

作为最主要的一项网络安全需求，身份认证[3]对几乎所有系统具有普适性。对车联网而言，身份认证意味着需要多种信息进行确认：对传输节点而言，这些信息主要包括节点的ID信息和用户的授信；对发送的消息而言，则主要是指用户的授信、消息的属性和位置信息。上述认证信息中，用户授信直接控制车辆节点的授信等级，同时，用户授信能够通过为车辆节点指定ID从而避免Sybil攻击（一种通过虚构多个ID身份从而影响正常节点进行网络通信的攻击方式）。特别的，通过扩展外部机制，部分授信信息还可具备法律效力，成为举证非法攻击的法定证据。常见的认证方式主要有三种：

（1）ID认证：节点利用一个唯一的序列码对消息传输者身份进行认证，这一认证方式允许节点接入当前网络，认证过程能够较为轻易地对虚假节点进行识别。

（2）属性认证：属性认证用于确认通信实体类型，从而甄别当前通信实体为车辆节点、路侧单元或是其他设备。

（3）位置认证：当用户使用基于位置的应用时，位置认证对节点的位置信息进行认证。

1.2 完整性

完整性保证了消息在传输过程中不被随意更改。只有当接收方同发送方的消息内容一致时，接收方才能获取发送方正确的ID信息，从而对消息进行准确的回复。这一属性能够对未经认证的消息或被恶意篡改的消息进行识别，当接收方收到被损坏的消息，完整属性被破坏，当前通信协议即被视为存在缺陷。

为了实现完整性，系统需要对传输的消息内容进行信任确认，从而防止外部攻击者更改消息内容，外部攻击者的甄别主要通过身份认证进行。文献[4]设计的安全协议利用交通灯为消息附加签名，从而保证消息从发送方到目标节点不被更改。

1.3 机密性

不同通信实体进行通信时，为了防止外部攻击者理解通信内容，需要对消息进行加密处理。在车联网环境中，消息加密主要应用在部分特殊的应用场景，对不包含敏感信息的安全相关消息而言，没有进行加密的必要；对部分支付应用而言，由于通信实体需要通过 RSU建立接入互联网，同时支付过程包含大量用户隐私信息，则需要对整体通信过程进行多重加密处理。目前，常见的加密处理主要包括公钥加密和对称密钥。在V2I通信过程中，RSU和车辆节点在认证之后会共享会话密钥，消息传递过程中利用该密钥对消息连续加密，消息认证则主要使用MAC信息完成。

与此同时，车联网中还定义了不可否认性，参与通信过程的通信实体，对某一事件或指令进行声明之后，就无法对通信过程和传输的消息进行否认。这一特性可通过追踪事件或指令的认证信息，找出网络中的恶意攻击用户。

1.4 可用性

可用性主要是要求在制定通信协议时，通过设计一定的容错机制，保证通信网络和应用在遭遇错误或不当操作时，仍可进行基础的运行直到错误操作被移除。同时，可用性还能保证发送方向多个接收方发送信息，并协助完成特定消息在特定区域的限时发布。此外，这一属性还保证了部分协议资源的可用性，例如，通信过程中交换密钥时需要确认通信双方建立对话，因此当某一用户向服务器申请建立一个对话密钥时，服务器需要连续同用户确认双方持有可信的对话密钥。考虑到实时性对车联网环境下消息的重要性，在对可用性进行研究时，减少延迟亦是一个重要的研究内容。