基于安全认证的私家车位共享系统设计

张曼 陈宁

摘  要：私家车数量激增，城区停车难问题亟待解决。通过基于安全认证的私家车位共享系统的设计，保障用户信息安全同时控制流动车辆给小区带来的安全风险，系统主要对共享车位智能发布、智能车位推荐决策、基于安全认证的车位共享预约、共享车位引导、智能车位锁管理、计费策略及快捷支付等功能模块进行设计，实现停车、寻车方便，车位管理及获取收益方便，安全可靠，推广性强。让小区私家车位资源共享全面推广成为可能，从而缓解城市的停车压力。

关键词：安全认证;共享车位;系统设计

中图分类号：TP311.52       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）24-0006-04

Design of Private Parking Space Sharing System Based on Safety Certification

ZHANG Man，CHEN Ning

（Chongqing Technology and Business Institute，Chongqing  401520，China）

Abstract：With the increasing number of private cars，it is urgent to solve the problem of parking in urban areas. Through the design of private parking space sharing system based on security certification，it can ensure the information security of users and control the security risks brought by mobile vehicles to the community. The system mainly designs the function modules of intelligent release of shared parking space，intelligent parking space recommendation decision-making，parking space sharing reservation based on security certification，shared parking space guidance，intelligent parking lock management，billing strategy and quick payment，etc.，which realize the convenience of parking and searching，convenient parking space management and income acquisition，safe and reliable，and strong popularization.

Keywords：safety certification;shared parking space;system design

0  引  言

近年城市公共车位规划及建设速度远远跟不上私家车增长的速度。经过调研发现，各小区有大量车位，存在车位私有率高、空闲浪费等问题[1]。城市发展新问题中迫切需要解决的就是停车难问题[2]。当前涌现了许多解决办法，目前有两种主流解决思路，一是规划增加建设公共停车位，通过设计更多占地面积小，停车容量大的立体公共停车场。另一种思路则为打破信息孤岛，充分利用已有的各种类型的停车资源。目前小区私有车位利用率非常低，主要原因是其空闲停车位信息传播、共享难。将私有停车位资源盘活，可以成为解决城区停车难问题的有效举措。一味地改、扩建公共车位已无法从根本上解决城市汽车数量过饱和的状态[3]。私家车位共享的根本思想是依据各类停车在时间、空间需求上不同分布的特点，将私家车位在闲置时对外提供有偿服务，通过错位共享，实现“我为人人，人人为我”的资源共享态势[4]。私家车位共享必须解决的是共享过程的安全问题，只有解决信息安全问题，才能真正地打消人们的顾虑，让私家车位全面共享成为可能。本文提出一种基于安全认证的私家车位共享系统，既保障了用户的信息安全，又降低了私家车位共享带来的安全风险，为缓解城市停车难问题提供技术层面的解决方案，具有全面推广的可能性。

1  设计总体思路

本文设计了一个基于安全认证的私家車位共享系统。通过设计共享车位智能发布、智能车位推荐决策、基于安全认证的车位共享预约、共享车位引导、智能车位锁管理、计费策略及快捷支付等功能，实现在保障用户信息安全以及小区安全前提下，让车主停车、寻车方便，让私家车位主管理车位和获取收益方便。具体研究的技术路线如图1所示。

1.1  共享车位智能发布系统设计

通过搭建基于云平台的车位共享系统，开发相应移动客户端和服务器端软件，用户通过移动设备能便捷的将闲置车位的网点位置、停车时段、停车价格等信息发布。用户通过向系统客户端提交用户信息，系统客户端向系统服务器发送发布请求，系统服务器通过向数据库查询车位信息，返回车位详细信息，然后验证车位审核状态。如初次发布，需要录入车位信息并审核。审核通过后，返回发布响应和发布状态给用户。用户通过设置具体的共享时段、停车价格等信息，系统查询数据库与相应时段车位状态不存在冲突，则录入发布信息，并通过智能平台私家车位共享系统发布出去供有停车需求的用户查询。

1.2  智能车位推荐决策系统设计

云端系统结合用户偏好及车辆方位、车位的距离，花费时间及费用等，通过算法模型匹配满足需求的车位网点，并实时更新车位网点的信息。车辆车主发送车辆停放服务请求，决策职称系统模型分解车辆请求的地点归类其所属区域。依据决策模型，根据各方位角网点停放能力和距离等因素为车位网点划分服务顺序。如果是高峰时段，依据模型确定各车位网点的缓冲服务能力。如非高峰时段，依据决策模型确定各车辆与区域各方位的车辆网点整体适合的匹配方案。如果某方位角停放服务能力无法满足，则将停车服务请求调到相邻停车方位角内。如果可以满足则在该方位角中进行匹配。

1.3  基于安全认证的车位共享预约系统设计

车位共享系统中用户和系统运营者的立场不同，系统需要使用用户输入的实名认证信息进行身份认证，仅对合法用户提供服务，而用户在使用系统时又有保护隐私的强烈需求。如何解决这一矛盾，是本系统的研究重点。用户通过注册将车辆和私家车位录入到车位共享系统中，每辆车都能够发送、接收数据[5]。用户主对车辆、车位在系统注册时，希望可以采用匿名形式以保护用户的隐私不泄露;车位用户接收车位预定信息时，希望数据发送者和预定信息是安全可靠，真实有效的;车辆用户期望数据在传输过程中未被篡改和盗用;因对自身隐私安全的担忧，车辆用户及车位用户都希望其自身信息为匿名且不可追踪。但为了车位共享系统安全及车位主利益考虑，希望车位租用收费时用户按要求付费，同时出于安全考虑，系统运营者希望在发生安全问题或者纠纷时数据具备追踪性的和不可抵赖性。

1.3.1  利用身份认证确保用户合法

用户进行车位共享预约时需通过注册，本系统采用实名认证，利用认证机制，确保信息的完整性，使得系统能够确认消息从合法用户发送而来，且未被他人篡改过。本系统仅给合法用户提供车位共享预约服务。在认证环节，本设计采用基于生物特征的身份认证技术。

生物特征主要分行为特征、身体特征两类，行为特征就是个人平时形成的行为习惯，身体特征则指的是先天特征，它是与生俱来的，不可改变的。行为特征如：行走姿势、面部表情、签名等[6]。身体特征如：虹膜、掌纹、DNA、人脸、指纹、声纹等;因为生物特征是与生俱来的，独一无二的，且不会因为年龄和环境的变化而改变。故用来作为身份识别与认证具备先天优势。

生物特征识别即利用数理统计将生物传感器获取的信息进行分析、计算，达到利用生物特征进行身份认证和用户识别的技术。生物特征具有提取简单、伪造难、不可否认等特性，这些特性使得生物特征识别技术具有难以伪造、安全性高的特点。生物特征认证识别系统分为注册、识别两个阶段。在注册阶段利用各传感器进行用户生物特征的扫描及采集，采用数字化处理技术将获取的生物特征转化成计算机能够识别的信息;依据生物特征对数字信息进行提取，生成模式特征并在数据库中进行存储[7]。识别阶段则是依据传感器所采集的用户生物特征所转换的特征数据和存储在数据库中的特征信息进行比对，特征数据如果匹配成功，则认定为合法用户，否则是非法用户。流程如图2所示。

1.3.2  保障个人隐私的机密性和完整性

为解决用户担心实名认证中重要信息被非法利用造成安全隐患，系统采用加密算法，对用户个人身份、车位、车辆各类平台所需信息进行加密，保障信息的机密性、完整性，从而保障用户的个人隐私，让用户放心大胆地接受和使用本系统。

加密算法分对称加密和非对称加密两大类。对称加密的特点是加密速度快，但由于该加密算法需要传递加密的密钥，其安全性较低。非对称加密的速度较之对称加密要慢一些，但由于采用公钥密码体制，无需传递密钥，故其安全性较高。本系统为提高个人信息的机密性，采用非对称加密算法。发送信息方通过网络获取接收方的加密公钥，使用公钥对发送明文信息进行加密。将密文在网络中进行传输，期间无需传递密钥，接收方收到数据后利用自己的私钥对密文进行解密，获取明文。在整个信息传递的过程中，即便消息被他人窃取，但因其没有解密密钥，也不用担心消息的泄露。非对称加密流程如图3所示。

利用单向散列函数输出消息摘要或者说是指纹来检验消息的完整性。單向散列函数又称单向散列算法，其与对称加密、非对称加密算法不同，它不是通过密钥对明文进行加密，而是根据明文内容采用单向散列函数生成一个摘要，或者成为指纹的一串信息。该指纹主要用来验证数据在传递的过程中是否受到篡改，以保障数据的完整性。发送方利用单向散列算法，生成指纹数据。通过网络指纹连同原始信息一起传输给接收方，接收方根据收到的明文利用相同的单向散列算法生成新的指纹数据，接着对比生成的指纹与接收的指纹是否一致。如果一致，则原始信息未被篡改;否则，消息完整性受到破坏，需要丢弃非法数据。数据完整性验证流程如图4所示。

1.3.3  确保消息不可否认性和可追踪性

数字签名融合了单向散列算法与非对称加密算法两种技术手段，发送方先将数据利用单向散列函数生成指纹，再利用非对称加密算法中的发送方私钥对指纹进行加密。接收方利用非对称加密的发送方公钥解开指纹信息。再用散列函数对原始数据进行摘要生成，所获得的指纹与解开的指纹一致则数据来源可靠。数字签名不仅可以验证数据来源可靠度，也可在发生纠纷和违法行为时便于追踪信息来源。

本车位预约系统在认证过程中，采用数字签名，将用户、车位、车辆等信息隐藏在所发送的消息中，如有违法乱纪行为发生，系统可配合公安机关第一时间追踪信息。同时系统设有用户安全提醒，降低因车位共享带来的安全风险。

1.3.4  不停车预约系统设计

设计预约系统，用户预约前需进行实名认证的注册。对个人、车辆真实信息认证通过的用户开放提前线上车位预约功能，否则不开放预约功能以保障小区安全。到达预定好的停车场后可以直接通过小区入口的车牌识别装置进行车牌信息获取，实现不停车进场。

1.4  共享车位引导设计

共享车位引导系统，由系统客户端、云服务器与智能控制终端构成。该系统的设计目的在于解决车位引导时的信息孤岛问题，利用互联网将智能控制终端与云服务器进行连接，服务器端负责处理和校验车位引导系统控制单元的车主信息、停车位信息、手机客户端的数据处理请求的处理信息，同时还对接数据库和支付模块，进行数据统计分析及分类管理。车位主通过移动客户端进行车位相关信息注册，可灵活设置车位空闲时段及价格。本设计采用多模融合的车位定位技术，如图5所示。车牌信息与对应预约信息利用云服务器进行查询，获取到所预约车位定位信息后启动车位引导功能，采用系统最短路径规划，引导车辆快速准确到达预定停车位[8];设计反向引导模式，让车主寻车时能很快定位并找到车辆。为了提升定位的可靠性和精度，进一步优化数据融合算法，在“Wi-Fi+地磁”融合技术基础上，集成陀螺仪和加速度计的数据。

1.5  智能车位锁管理系统设计

通过智能车位锁的设计，方便用户管理车位，仅供预约合法用户使用，避免非法用户占用车位导致车辆进场后无法停车的问题。为适应各类车库不同复杂情况，本智能车位锁采用蓝牙通信以保障通信效率。停车用户在系统获取停车推荐，确认目标车位后系统提供随机密码一组。到达指定车位后进行密码验证，密码一致则开锁允许车辆入位。车辆离场后车位锁自动锁上，下一用户在系统上预约订单后重新生成随机密码，供新的车辆入场验证。

1.6  计费策略及快捷支付设计

系统按不同时段的所设停车单价、停车时长进行计费。本模块负责统计车位使用时长，根据算法匹配相应时段单价进行计算整体车位费用。车位使用时间从车辆入场车位，解开智能车位锁开始计算，到离开车位智能车位锁重新锁上结束。

通过对接微信、支付宝等常用移动支付系统接口实现便捷支付，支付成功后才能顺利通过车牌识别系统和入口道闸系统。支付前需要实名认证，其认证信息中记录有姓名、手机号、身份证号、银行卡号等关键信息[9]。这些数据真实有效才能认证成功，对于认证不通过的人员，将进行异常警报处理，如有违法事件发生，公安机关可以通过异常警报快速调取相关信息锁定目标。

2  结  论

本文设计的基于安全认证的私人车位共享APP改变了传统的停车方式，提升了私家车位利用率，降低车主们寻找车位的时间成本和油耗，智能车位推荐导航系统利用最优匹配算法，让车主们快速找到理想停车位，降低街道拥堵程度，也减少尾气造成的环境污染。该系统解决了私家车位共享时人们所担心的安全问题，让更多私家车位主放心利用系统进行车位共享，不仅增加了一份收入，也为社会贡献了一份力量。从长远角度来看，在便捷、利益和安全的驱动下，系统的使用人群会逐渐变多，可以更大的扩大市场，让更多的用户加入到共享车位的行列，最终实现所有的私家车位都能灵活的共享，实现了“我為人人，人人为我”的良好局面，既推动经济的发展，也给人们提供更多的便利。

参考文献：

[1] 王婕.大交通背景下的停车建设规划 [J].建筑机械，2016（7）：10-15+2.

[2] 阎湜，潘鹏，许紫薇，等.ITS应用下停车共享平台的模式研究 [J].中国商论，2017（28）：161-163.

[3] 陆斌.车位共享系统设计及服务端开发 [D].南京：东南大学，2017.

[4] 崔杰.基于DSP的智能停车场管理系统开发 [D].南京：南京理工大学，2016.

[5] 刘松.基于泊位共享的区域停车场规划研究 [D].重庆：重庆交通大学，2012.

[6] 沈岑.车联网通信安全与隐私防护机制研究 [D].北京：北京交通大学，2018

[7] 刘瑞琴.车联网信息安全与隐私保护机制研究 [D].成都：电子科技大学，2018

[8] 刘伟阳.基于双频标签技术的反向寻车系统 [D].广州：中山大学，2013.

[9] 王彬.犯罪侦查中的大数据应用分析 [J].中国刑事警察学院学报，2017（4）：31-37.

作者简介：张曼（1987—），女，汉族，安徽寿县人，副教授，硕士，研究方向：计算机网络、网络安全、图形图像处理;陈宁（1985—），男，汉族，湖北咸宁人，讲师，硕士，研究方向：计算智能与智能软件。