[发明专利]基于可扩展式贡献组密钥协商的面向车队的安全管理方法

权利要求书

1.一种基于可扩展式贡献组密钥协商的面向车队的安全管理方法，其特征在于，所述基于可扩展式贡献组密钥协商的面向车队的安全管理方法基于LTE-V通信的自动驾驶车队架构；车队内部成员之间进行组密钥协商，车队成员的动态加入和退出时组密钥更新，访问网络时组头收集所有成员的签名并生成聚合签名，然后将聚合签名发送至路侧单元进行认证，路侧单元验证签名并认证车队车辆；

所述基于可扩展式贡献组密钥协商的面向车队的安全管理方法包括：

(1)系统初始化，G₁和G₂是两个阶为素数p的循环群，一个双线性对映射P是G₁的生成元，H₁、H₂和H为哈希函数，H₁,H₂:{0,1}^*→G₁，密钥生成中心PKG任意选取并计算P₀＝xP,PK_center＝yP；则系统参数是主密钥是x，路侧单元的密钥对(PK_center＝yP,SK_center＝y)；

(2)车队成员之间需要通信时，成员之间进行协商生成车队组密钥；

(3)当有成员动态加入和退出时，车队组密钥进行更新；

(4)车队需要访问网络时，车队组头车辆对成员签名进行聚合并发送给路侧单元进行认证；

所述基于LTE-V通信的自动驾驶车队架构包括：

路侧单元，用于处理从车队收集到的所有数据，并且向车队成员提供数据信息，路侧单元公私钥对为(PK_center,SK_center)，并将公钥PK_center公开；

车队组头车辆，用于获取路侧单元的公钥PK_center；PKG为组头车辆ID_i生成私钥S_ID，在部署组头身份时，将会嵌入(param，S_ID)；并且组头车辆可以将车队成员的签名聚合生成聚合签名，发送给路侧单元；

车队成员车辆，为每个成员车辆ID_i生成私钥S_IDi，在部署成员车辆的身份时，将会嵌入(param，S_IDi)；每个成员车辆都可以用他的私钥对消息进行签名，并发送给车队组头车辆；

组密钥生成过程只需成员参与，并将计算轮数减小到两轮，具体包括：车队的组头与成员一样，无法查看其他组成员的密钥；车队内有n个成员，则组头采用(2n-2)×n的矩阵，车队组密钥生成分为两轮，具体包括：

(1)第一轮：

在第一轮中，车辆成员u₁用其私钥s₁(1＜s₁≤m-1)乘以矩阵的第一行向量的第一值，并将第一行第一个值更新为乘以后的值；车辆成员u₂使用其私钥s₂(1＜s₂≤m-1)乘以成员u₁更新后的第一行向量的前两个值，并替换矩阵的第二行；车辆成员u_n-1使用其私钥s_n-1(1＜s_n-1≤m-1)乘以矩阵第(n-2)行的前(n-1)个值，并将矩阵的第(n-1)行的前(n-1)个值更新为相乘后的值；车辆成员u_n使用其私钥s_n(1＜s_n≤m-1)乘以矩阵第(n-1)行，并将矩阵的第n行的值更新为相乘后的值；

(2)第二轮：

第二轮从成员u₁使用其私钥s₁，乘法从第n行向量的第三个值开始，并在第n行向量的第n个值结束并将矩阵的第(n+1)行更新为模乘后的值，成员u_n-2使用其私钥s_n-2乘以矩阵的第(2n-3)行的最后一个值，并将矩阵的第(2n-2)行更新为相乘后的值；则矩阵的第(n-1)行到第n行的对角线元素分别为车队中车辆成员{u₁,u₂,...,u_n}的公钥；

(3)组密钥产生：

每个车辆成员将其私钥SK_u和公钥PK_u相乘，是车队的组密钥；

权利当有车队成员动态加入和退出时，具体包括：

(1)成员退出

车辆成员选择一个随机数r，其中(1＜r≤m-1)，然后使用椭圆曲线乘法来更改组成员的所有公钥，并将新公钥发送给所有剩余组成员，所有成员的私钥保持不变；其余组成员使用其私钥和新公钥进行组内的其余通信；成员移除过程基于以下等式：

PK_u＝r×(K_i,j-K_removed)；

(2)成员加入原有车队成员更新公钥：

车辆组成员采用随机数r(1＜r≤m-1)乘以组中所有成员的公钥，并将其发送给新加入的成员；新加入成员公钥：新成员加入后在将新公钥发送给原有成员；

PK_u＝s_new×K_i,j；

组成员将其私钥与其自己的旧公钥相乘，并将其发送给新添加的成员，现在是新添加的成员的公钥；

当车队访问网络时，路侧单元不用对每个车队成员进行签名验证，通过组头对车队成员的签名进行聚合，再发送给路侧单元进行认证，按照如下过程进行：

(1)访问网络当车队想要访问网络时，通过组头车辆进行访问；

密钥生成:车辆成员根据身份信息计算Q_i＝H₁(ID_i)，所以车辆的私钥为S_i＝xQ_i；

(2)车队成员车辆签名将签名算法分为两个阶段，离线签名和在线签名算法；离线签名：在没有消息发送时，给定私钥S_i＝xQ_i，车辆随机选择计算离线签名(T_i,V_i,R_i)；

H＝H₁(Δ)

T_i＝t_iP

V_i＝t_iH

R_i＝S_iH；

在线签名：给定消息和离线签名，车辆计算在线签名；

h_i＝H₂(m_i,ID_i,T_i,Δ)

U_i＝V_i+h_iR_i；

得到签名σ_i＝(U_i,T_i)，就是车辆对其消息的签名；

(3)RSU对车队认证，组头将成员的签名进行聚合，形成一个聚合签名；给定车队成员u＝{u₁,u₂,...,u_n}，每个成员对应的身份为ID_i，每个成员的公钥为PK_u，相应的消息签名对为{(m₁,σ₁＝(U₁,T₁)),...,(m_n,σ_n＝(U_n,T_n))}；

车头再计算：

输出聚合签名(U,T)，再将聚合签名发送给RSU；

(4)路侧单元认证车队，给定系统参数、成员身份ID_i、消息m_i、公钥、聚合签名(U,T)，验证等式是否成立；若成立，则认证成功。