基于区块链的VANET中节点可信加入方法技术

基于区块链的VANET中节点可信加入方法属于车载自组织网络(VANET)安全领域，不仅能改善交通拥堵，还能辅助安全驾驶。如果车辆是恶意节点，会给交通安全埋下隐患，例如恶意节点通过散布虚假或者攻击类的数据信息，使得车辆接收到的相关数据信息的可靠性难以保障。如果在恶意节点加入VANET时将其拒绝，将会很大程度上提高安全性。文章提出了基于区块链的VANET节点可信加入方法，路边单元对申请车辆进行分布式验证：首先，验证车辆是否具有合法的身份；接着，利用可信计算技术验证车载平台的完整性；最后，评估车辆在上一个证书有效期的声誉值，即通过历史表现来评估是否为恶意节点。通过验证的车辆允许加入，否则拒绝。

【技术实现步骤摘要】
基于区块链的VANET中节点可信加入方法
本专利属于车载自组织网络(VANET)安全领域，研究了一种基于区块链的VANET中节点可信加入方法，旨在检测恶意的车辆节点，解决恶意节点带来的安全问题。
技术介绍
密码体制一般分为两种类型：对称密码和非对称密码。(1)对称密码体制:为确保数据的秘密性，共享密钥K被发送方和接收方共享，发送方利用加密算法将明文m加密成密文c＝EK(m),并发送给接收方。接收方收到密文后，以相同的密钥K利用解密算法得到明文m＝DK(c)。AES加密算法是典型的对称加密算法。(2)非对称密码体制：在非对称密码体制中，网络主体生成一对密钥对，私有秘钥d保留在主体内部，公有密钥Q将被公开，用公钥Q不可能得到私钥d。发送方A利用公钥QB对明文m进行加密得到密文c＝EQB(m),发送给接收节点。接收节点B利用私钥dB解密密文c，得到明文m＝DdB(c).椭圆曲线加密算法(ECC)是典型的非对称加密算法。哈希函数(HashFunction)是一种数学函数，它以任意长度的数值输入映射成为一个固定长度的位串。Hash本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于区块链的VANET中节点可信加入方法，其特征在于，共分为三部分：首先是车辆证书的验证，通过证书验证来保证节点的身份可信；接着利用可信计算技术验证平台的完整性；最后，对车辆节点进行声誉评估，即通过历史表现来评估车辆是否为恶意节点；通过可信加入方法的验证，允许车辆加入VANET中；/n第一部分：基于区块链的证书管理模型，具体包括以下步骤：/n步骤1：利用区块链来记录车辆证书交易，包括颁发证书、更新证书和撤销证书，将该种类型的区块链称为交易区块链BusBC；/n步骤2：MPT树是Merkle树的扩展，用来存储key-value对；文章用key存储车辆公钥的hash值，value存储车辆的证书...

【技术特征摘要】
1.基于区块链的VANET中节点可信加入方法，其特征在于，共分为三部分：首先是车辆证书的验证，通过证书验证来保证节点的身份可信；接着利用可信计算技术验证平台的完整性；最后，对车辆节点进行声誉评估，即通过历史表现来评估车辆是否为恶意节点；通过可信加入方法的验证，允许车辆加入VANET中；
第一部分：基于区块链的证书管理模型，具体包括以下步骤：
步骤1：利用区块链来记录车辆证书交易，包括颁发证书、更新证书和撤销证书，将该种类型的区块链称为交易区块链BusBC；
步骤2：MPT树是Merkle树的扩展，用来存储key-value对；文章用key存储车辆公钥的hash值，value存储车辆的证书；
一棵Merkle树由H(Tx1)、H(Tx2)、H(Tx3)、H(Tx4)、H(Tx5)、H(Tx6)、H(Tx7)、H(Tx8)交易构成，H(Tx1-4)是由H(Tx1)、H(Tx2)、H(Tx3)、H(Tx4)经过两两SHA256哈希计算后得到的哈希值，H(Tx6)是Tx6的哈希值，H(Tx78)是H(Tx7)、H(Tx8)经过SHA256计算后得到的哈希值；H(Tx1-8)是根哈希值；如果验证交易Tx5是否存在，只需由Tx1-8、Tx1-4、Tx78、Tx6哈希值组成的认证路径tuple：
tuple＝(Hashes)
Hashes＝(H(Tx1-4),H(Tx78),H(Tx6))
判断H(Tx5)与Hashes经过SHA256运算是否等于根哈希值：



如果相等，证明交易Tx5存在，否则不存在；
步骤3：部署智能合约：智能合约是运行在区块链平台上的执行程序；证书机构CA负责设计并实现智能合约，智能合约包括3个函数：注册用户证书(register_UserCA)、更新用户证书(update_UserCA)、撤销用户证书(revoke_UserCA)；
步骤4：首先介绍相关参数{PU、PR、AEPR、EEPU、EDPR、SigPR}概念；PU和PR是实体的公钥和私钥，每个实体的公私钥都由自身生成，私钥对其他人保密，公钥是公开的；AES是对称加密算法，AEPR表示利用私钥进行加密；ECC是非对称加密算法，EEPU表示利用公钥进行加密，EDPR表示利用私钥进行解密；SigPR表示利用ECDSA作为数字签名算法来确定发送者身份；
vi表示车辆、TRA表示执法机构、CA表示证书机构、RSU表示路边单元；PUTRA、PUCA、PURSU分别表示vi、TRA、CA和RSU的公钥；PRTRA、PRCA、PRRSU分别表示vi、TRA、CA和RSU的私钥；表示用TRA的私钥PRTRA进行对称加密，文章利用对车辆证书的真实身份进行加密；发送方给接收方发送消息，发送方利用接收方的公钥对消息进行加密，接收方利用自身私钥对消息进行解密，保证发送消息的安全；
步骤5：注册用户证书Ci：
步骤5.1：车辆向TRA发起注册请求：并提供车主姓名、身份证号、手机号、车架号资料给TRA审核；EEPU中的PU指接收方TRA的公钥，EEPU表示用TRA的公钥对发送消息进行加密；当TRA收到消息时，利用其私钥进行解密；PUi是车辆的公钥，TS1是发起注册请求的当前时间，是根据车辆私钥生成的签名；
步骤5.2：TRA授权CA颁发车辆证书：TRA利用其私钥对消息进行解密，审核资料，通过后，为车辆vi生成唯一的身份IDi，同时生成随机数rTRA，利用自身私钥将二者链接，得到隐藏车辆真实身份的链接Linki：




表示用TRA的私钥PRTRA进行对称加密，由于TRA的私钥对其他人保密，其他人无法推测车辆的真实身份，保护了车辆的隐私安全；发送给CA，authiss指TRA给CA的授权消息；EEPU中的PU指接收方CA的公钥，EEPU表示用CA的公钥对发送消息进行加密；当CA收到消息时，利用其私钥进行解密；PUi是车辆的公钥，Tvc指证书有效期，TS2是授权的当前时间，Linki是隐藏车辆真实身份的链接，是根据TRA私钥生成的签名；
步骤5.3：CA将颁发交易发送到BusBC：CA利用其私钥对消息进行解密，将打包成交易发送到BusBC中；TX是CA打包后的交易，PUi是车辆的公钥，TS3是发送交易的当前时间，authiss是TRA的授权，是根据CA私钥生成的签名；智能合约中的证书注册register_UserCA函数将被触发，交易记录会被链接到BusBC上；
步骤5.4：车辆的证书Ci将作为新节点插入到MPT树中；
步骤5.5：车辆收到证书Ci：
Ci＝(PUi,Tvc,TS4,Linki)
PUi是车辆的公钥，Tvc是证书有效期，TS4是证书生效的时间，Linki隐藏车辆身份的链接；
步骤6：更新用户证书Ci，为防止车辆隐私泄露，车辆证书需要定期更新，车辆在证书即将过期或者已经过期时，发起更新请求：
步骤6.1：车辆向TRA发起更新请求：并提供车主姓名、车架号资料,比注册时提供的少；EEPU中的PU指接收方TRA的公钥，EEPU表示用TRA的公钥对发送消息加密；当TRA收到消息时，利用其私钥进行解密；PUi是旧公钥；车辆会重新生成新的公钥PUi'和私钥PRi'；Tvc是PUi对应的证书有效期；TS4是PUi对应证书的生效时间；TS5是更新请求的当前时间；是根据新私钥生成的签名；
步骤6.2：TRA授权CA更新车辆证书：TRA审核资料，审核通过后，验证证书是否已经过期或者即将过期：TS5-(TS4+Tvc)＞0代表证书已经过期，(TS4+Tvc)-TS5＜ΔT代表证书即将过期，ΔT＝3天是系统设置的允许提前更新证书的时间；当证书已经过期或者即将过期时，TRA为车辆生成新用户身份ID′i、同时生成新的随机数r'TRA；利用自身私钥PRTRA将二者链接，得到隐藏车辆真实身份的新链接Link′i：

表示用TRA的私钥PRTRA对链接进行对称加密；给CA发送授权请求：



EEPU中的PU指接收方CA的公钥，EEPU表示用CA的公钥对发送消息加密；PUi、PU′i是车辆的旧公钥和新公钥，T'vc指新证书的有效期，TS6是新证书的生效时间，TS7是指发送授权消息的当前时间，Link′i是隐藏真实身份的新链接，是根据TRA私钥生成的签名；
步骤6.3：CA将更新交易发送到BusBC：CA利用其私钥对消息进行解密，将发送到区块链网络，PU′i是车辆的新公钥，TS8是发送交易的当前时间，authiss是TRA的授权，是根据CA私钥生成的签名；RSU节点对交易达成共识后，将交易链接到BusBC上；
步骤6.4：触发智能合约中的更新函数update_UserCA，新的证书C′i将在MPT中更新；
步骤6.5：车辆收到新证书C′i：
C′i＝(PU′i,T′vc,TS6,Link′i)
PU′i是车辆的新公钥，T'vc是新证书的有效期，TS6是新证书生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠，孙梦岩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11