浅析5G车联网信息安全问题

张强　邹密　江美霞　代孟岑

摘 要：车联网是实现智能交通的必经之路，也是5G最重要的应用场景之一。针对车联网系统规模庞大、通信环境开放，车辆或通过路测设备恶意发送虚假数据或篡改接收到的数据来干扰车联网系统，导致网络瘫痪、车辆数据以及个人信息泄露等各种安全问题，基于5G车联网在智能交通信息安全交互的发展现状，分析了5G智能车联网信息安全问题，研究了车联网安全机制，给出了解决车联网信息安全问题的方案，以此促进5G智能交通更好的发展与应用落地。

关键词：车联网 智能交通 5G 信息安全

1 引言

移动通信技术的不断进步，推动了5G+车联网技术在智慧交通上的广泛应用。随着汽车产业的智能化以及网联化程度的不断提高，汽车由传统出行工具逐步发展成了车轮上的智慧终端。然而，由于车联网系统的开放性，使得车联网网络面临着许多信息安全问题。多起著名智能汽车品牌发生的车联网安全事故，进一步加深了民众对智能网联汽车保护个人安全能力的担忧[1]。此外，车联网数据面临的风险形势复杂多样，按照技术架构划分，车联网数据安全涉及感知层安全、通信层安全、平台层安全、应用层安全等；按照数据属性划分，车联网数据安全涉及个人数据安全、企业数据安全、国家数据安全等[2]。信息安全隐患，轻则给企业产品发布及产品口碑造成影响，重则导致大范围的汽车召回，给车企造成巨大损失。其次，对车联网近年来发生的典型安全事例进行分析，总结出当前智能网联汽车所面临的主要安全问题：互联车辆的数量不断增长，增加了黑客漏洞利用的入口点，导致攻击方式不断变化，防不胜防，车联网系统中缺少完善的异常检测防御机制；数字钥匙比传统钥匙面临更多信息安全问题；自动驾驶算法的不确定性带来的安全问题和V2X系统成为新的热门攻击面。因此，如何解决5G+车联网信息安全问题，保障车联网系统正常、稳健、安全的的发展，成为智慧交通发展过程中的重要议题。

2 5G+车联网基本概念

随着智慧交通在我国稳步有序的发展，“智能网联汽车”越来越被大众所熟知。5G技术的发展更是推动了智慧交通项目发展的步伐。因此，5G+车联网是推动智能网联汽车产业创新发展的关键。

2.1 5G介绍

5G作为新一代移动通信技术，与4G相比5G的优势在于，它具有超高速率（5G速率最高可以达到4G的100倍）、超高频宽、并且支持更大数量的连接和更加高速的移动速度的特点，并且满足车联网，智能交通，高清视频，虚拟现实等应用场景所需要的高可靠，低时延、低功率海量连接的特性[3]。能够助力汽车业向网联化、智能化等方向转型升级。

2.2 车联网介绍

车联网由车内网、车际网和车载移动互联网三个主要网络结构组成，这三者基于一个统一的协议进行通信，同时车联网系统还融合了各类传感器、射频识别（RFID）、数据挖掘、自动控制等相关技术[4]，在车与车（V2V）、车与行人（V2P）、车与路（V2R）、车与基础设备（V2I）、车与网络（V2I）等交互过程中，实现了人、车、路、云之间各种数据的传输与处理。通过互联网技术和计算机技术，中央处理器将会对车辆终端传输的各种数据（车辆的行驶位置、行驶速度和路线轨迹等信息）进行分析处理，运用相关算法为车辆规划出最佳的出行行使路线、监测实时路况并及时向终端车辆汇报。车联网的发展不仅可以帮助相关部门更加科学的安排信号灯周期，使得人们出行更加快捷和高效，还可以减少交通事故的发生概率，达到提高道路安全的目的，使得人们生活更加方便和安全。

3 5G车联网安全关键技术

5G技术的快速应用为智慧交通的发展创造了历史性的机遇，5G技术的关键特征是覆盖范围广、功耗低、低时延高可靠等。因此，将5G技术应用于车联网，就可以很好的解决当前车联网存在的一些问题，促进车联网发展，使车辆节点在高速移动的状态下可以获得更稳定，更可靠的性能。结合了5G技术的车联网主要优势体现在低时延、高可靠、超宽频谱和能源高效利用以及通信质量优异等方面[5]。根据研究，现阶段将5G 车联网安全关键技术主要可以总结为以下几个方面：

3.1 在安全通信方面

车联网对实时接收和发送数据的要求非常高，数据传递的过程中必须保证保密性、安全性和高效的传输率。5G中运用到的大规模天线阵列和高/超高密集度组网技术可以提升5G系统容量和速率需求，使5G的时延达到毫秒级。因此，可以提升车联网的接入速率以及接入能力，同时满足车联网系统千量级设备的接入需求。达到了车联网系统的低延时和高可靠性能需求，为车辆与车辆以外实体之间通信的可靠传输提供了物理保障。结合5G通信技术的车联网，由于5G通信对安全有着更高要求的特点，不同的车辆终端节点或者用户终端设备在与接入点进行通信的时候需要进行频繁的认证，而设计安全的认证方案可以防止假冒、中间人攻击等，从而使得通信更加的安全。

3.2 在硬件安全方面

车联网的硬件架构必须要确保电子控制单元（ECU）达到最高的安全需求，ECU配备包含专用硬件安全模块（HSM）和CPU的芯片，同时将所有的编码和解码功能在硬件上进行，可以在一定程度上避免安装未经授权的软件、防止发生异常的访问和篡改、恶意软件的上传以及特洛伊木马等。因此对于车联网的硬件，需要对车联网各种物理设备进行详细谨慎的检查，以此来实现5G车联网硬件设备方面的安全。

3.3 在隐私安全方面

车联网中的安全问题不只会造成个人隐私、个人或企业的经济损失等问题，如果遭到不良分子的控制，还可能出现车毁人亡的严重事故。根据统计信息表示，在购买汽车时，有一半以上的消费者表示信息安全和隐私防护是他们在购买车辆时主要考虑的因素。由此可知，车联网的隐私安全问题将会成为5G 车联网技术领域中研究的重点。现阶段，有关车联网隐私安全的研究主要集中在各种不同的匿名方案。

4 5G车联网发展现状及安全定义

4.1 车联网发展现状

5G车联网通信技术的研发已经得到了业界的高度关注，近年来，交通形式越发严峻，汽车数量的迅速增长导致了道路拥堵时长增加、各种交通事故频繁发生，在此背景下，全球都在积极推动车联网的发展。目前，美国、欧洲、日本等国家、地区均发布了支持车联网发展的相关政策、规划[6]。

我国为了促进车联网的发展，也相继印发了许多推动车联网发展的政策，例如：《关于积极推进"互联网+"行动的指导意见》、《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》、《智能网联汽车道路测试管理规范》、《智能汽车创新发展战略》等相关系列文件。《渐入佳境，一触即发，2021中国车联网行业发展趋势研究》报告中指出：现阶段，我国正在不断的推进车联网产业化发展，许多企业围绕着LTE-V2X通信技术形成了包括通信芯片、通信模组、终端设备、整车制造、运营服务、测试认证、高精度定位及地图服务等为主的较完整产业链生态。而在自动驾驶的研究上，结合了5G技术，我国在某些地区也建设了较为完善的实时场景和智能联网设备系统。这些测试的区域也基本覆盖了城市道路、乡村道路等场景。

4.2 车联网的信息安全定义

车联网的信息安全主要体现在云平台安全、终端安全、网络安全以及信息数据安全四个方面[7]。云平台属于车联网系统中的核心位置，对车辆的数据进行统计、计算和管理。云平台安全指的是保证处理数据的云平台能够正常运行并与车辆之间正常交互的安全；终端包括了手机、车载工具、路测设备等，终端安全是指终端设备在进行交互时是安全且顺利的；网络安全则是指不同车辆之间、车与用户之间、车与路面之间、车与平台之间能够正常的进行通信；信息数据安全是指车联网系统在运行过程中保证传输的隐私数据不被截获、篡改、删除等。

5 5G车联网中存在的安全问题

5.1 没有统一的标准和结构

互联网取得的巨大成功很大程度上是得益于它开放的标准和开放的体系结构[8]。智慧交通的发展趋势最终必会接入互联网。然而目前还在发展阶段的5G车联网并没有标准统一的通信协议和完善的通信体系。架构也还不统一、其中相关的国际标准也没有完全形成[9]。这导致基于5G车联网技术的解决方案多元化、协议之间相互转换困难等问题，因此该项技术在异构网络上无法进行完美融合，从而对5G车联网的发展有所限制。因此，要促进5G车联网的健康长期发展，就必须设计出合理的、适用的车联网标准和体系结构，以此来规范车联网的架构。

5.2 无线通信网络不稳定

5G车联网属于无线通信的一部分，但无线通信网络本身就存在不稳定的问题，并且5G基站的覆盖范围，会对车联网网络造成一定限制。因此，当车联网网络受到到故意或无意的干扰源影响时，节点接收范围内的通信将会无法建立，这时，恶意的攻击者就能够阻断服务端与用户或者基站之间的通信。另外，大量的终端频繁的接入网络容易造成堵塞现象，导致无线通信网络不能及时处理收集到的数据信息；并且车联网终端的交通情况复杂多变，车辆节点在高速行驶的过程中会与不同的信息数据采集节点之间快速的进行无规律切换，因此会增加节点之间身份认证过程的难度，从而使得车联网系统中的车辆容易受到黑客的恶意攻击，造成交通事故。

5.3 隐私数据泄露

车联网从用户、电子控制单元、各类传感器、IVI、第三方APP以及车联网相关的服务平台等采集各类数据，这些数据包括了终端用户的身份信息、车辆的运行状态以及行驶轨迹、用户的驾驶习惯、地理位置信息等敏感信息[10]。由于在收集、传输、存储的过程中对这些数据没有一个统一的安全要求，因此隐私数据在网络传输的过程中容易因为访问控制不严格、数据存储传输不当等原因被非法用户嗅探或者遭受中间人攻击，从而隐私数据遭到泄露被非法使用或越权访问等。同时，在隐私防护方向上，提供车联网服务的商家对使用用户的隐私信息过度采集和越界使用也是造成隐私数据泄露的主要问题之一，其中用户个人隐私信息遭到泄露，将会对用户的财产安全产生巨大的影响，比如车主身份信息（姓名、身份证、电话等）、车辆静态信息（车牌号、车辆识别码等）、车辆动态信息（位置信息、行驶轨迹等），以及用户的驾驶习惯等。而车联网数据中还包含了道路、地理等信息，这些信息如果遭到泄露，可能将会对国家安全产生隐患。

6 5G车联网安全问题的解决方案

6.1 统一标准和结构，促进5G车联异构网络的融合

我们可以知道要促进5G车联网的健康长期发展，就必须设计出合理的适用于5G车联网的标准和体系结构，建设统一的标准协议和结构模式，解决5G车联异构网络融合的问题。在建立标准时，应该结合国家的科技发展水平和经济发展水平，比较每个地区以及不同行业的发展情况，提出适合我们自己国家的车联网标准协议。同时，还应该对车联网行业的从业人员进行培训工作，建立职业道德，确保工作人员的每一步工作开展都是严格按照制度来进行，从而保障5G车联异构网络的安全融合。

6.2 发展基于5G技术的车联网行业

随着大规模天线阵列、超密集组网、终端直通、认知无线电、毫米波等先进技术的不断发展以及传统行业中以数据挖掘、人工智能、边缘计算等为核心的数字技术的渗透率不断提升，为车联网的发展带来历史性的机遇。目前第一版5G-V2X标准3GPPR16于2020年7月冻结，标准中提出5G技术能提供更灵活、更可靠、更快速、更高速率传输的通信服务，实现V2X最低3ms端到端时延，最高99.999%可靠性与最高1000Mbps传输速率。而高速准确的信息传播，是实现5G车联网的关键前提。车联网的发展应用对于海量数据的传输与超低时延通信有着极大的需求，而5G技术的特点正好可以针对车联网的需求进行应用。

6.3 研究车联网通信安全策略，提出更加安全的隐私保护机制

车联网的厂商对用户隐私数据进行分级保护可以提高车联网的安全性，对用户的隐私信息、驾驶习惯、车辆信息、位置信息等敏感数据采用更安全有效的方式管理，比如对这些数据进行厂商签名，非签名认证用户或厂商将无法获取敏感数据。而非敏感信息可以在获取权限后查看。而目前的车联网通信安全防护主要针对“车-云”通信，以加强访问控制并开展异常流量监测为主。

车辆与其他实体进行通信的过程中，安全认证也是保证通信安全的关键机制。现阶段车联网隐私防护机制研究主要集中在基于PKI的身份认证、基于假名的身份认证、基于群签名的身份认证三种类型。在这三种类型的基础上研究更加安全的保护机制可以有效地降低车联网被攻击的概率。

7 结论

我国目前的车联网技术也正处于探索阶段，通信技术体系也不够健全。随着5G技术的大力发展，未来车联网和5G的进一步融合，能够开发、落地更多的面向个人、政府、行业的应用，取得较为显著的成效。然而，在发展过程中，安全问题无论是对车辆还是用户来讲都极为重要，所以，在日后的技术研究方面，不仅要对软件系统进行创新开发、优化技术硬件服务意外，还要注重5G车联网的信息安全方面策略的研究，以此促进形成城市深度智慧化局面，助力5G车联网的进一步发展。

基金项目：四川交通职业技术学院科研项目：面向车路协同的多模智能终端原型设计与验证（项目编号：2021-KJ-06）研究成果。

参考文献：

[1]张煜珠，杨帅锋，李俊，王墨.车联网中个人信息数据安全的政策研究[J].保密科学技术，2021（07）：28-32.

[2]潘妍，许智鑫，马泽宇.车联网数据安全风险分析与政策研究[J].保密科学技术，2021（07）：16-22.

[3]公晓慧.5G：一次“弯道超车”的机会[J].山东画报，2019（03）：11-15.

[4]赵毅，余娟. 5G技术在航运业中的应用趋势及对策建议[J]. 上海船舶运输科学研究所学报，2020，43（1）：7.

[5]王良民，刘晓龙，李春晓. 5G车联网展望[J]. 网络与信息安全学报，2016，2（6）：12.

[6]宋刘艳，骆骁，邓丽莉.车联网发展现状及建设模式分析[J].图书情报导刊，2021，6（03）：73-77.

[7]张家同.智能网联汽车信息安全与发展建议分析[J].中国信息化，2021（07）：70-71.

[8]刘建华，杨士航. 浅谈车联网技术发展与应用前景[J]. 中国高新技术企业，2010（19）：2.

[9]张井玲，刘婷婷，陈琦.车联网通信技术的发展现状及未来趋势分析[J].现代信息科技，2019，3（15）：185-187.

[10]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.