[发明专利]一种基于博弈分析的车联网假名更换方法

说明书

本发明涉及一种基于博弈分析的车联网假名更换方法。在混合区机制的基础上，该方法引入博弈分析方法来解决隐私个性化保护的问题，即在给定轨迹熵和攻击者能力的情况下，通过求解攻防博弈中的纳什均衡来选择最优的假名替换策略。本发明方法不仅保证了车辆移动轨迹的高匿名性，而且能够减少车辆的假名更替次数，提高服务质量。

技术领域

本发明属于车联网中车辆假名更换领域，特别涉及一种基于博弈分析的车联网假名更换方法。

背景技术

随着移动互联网和汽车制造业的迅速发展，车联网已成为当前汽车产业的必然趋势。车联网是由行驶中的车辆通过车载单元以及路边单元建立起的自组织网络。车联网结构如图1所示，其中，车辆是具有无线通信功能的移动单元，路边单元是部署在路边的网络基础设施(充当路由器功能),两者间的信道采用专用的短程通信频段。在车联网环境下，车辆可以与邻近车辆直接交换信息，或者通过路边单元连接服务端。作为未来智能交通系统的重要组成部分，车联网通过实时采集车辆情况以及周边交通状况，可以减少交通事故并改善交通效率。

但车联网在提高交通效率、改善驾驶体验的同时，也带来了诸多隐私问题。为了实现信息共享，行驶中的车辆要定期与路边单元或周边车辆交换信息，这些消息包含车辆身份、车况、所在位置、行驶速度/方向等实时信息。由于无线信道的开放性以及移动轨迹的可预见性等特点，攻击者很可能通过窃听无线信道来捕捉车辆轨迹。并且位置轨迹与客观世界时空关联，其中蕴含着大量的个人信息，如出行目的、消费水平、兴趣爱好、宗教信仰、家庭住址、健康状况和社交关系等等。因此，解决车联网的轨迹隐私问题迫在眉睫。

混合区(mix-zone)是一种经典的车联网轨迹隐私保护方法。其基本思想是采用假名来标识车辆身份，并在各路口建立混合区；当车辆进入混合区时，需要断开车联网，并与混合区内的其他车辆交换假名；在离开混合区后，车辆再重新接入车联网。混合区方法通过强制车辆更换假名实现轨迹匿名效果，但存在以下三方面缺点。(1)为了更换假名，车辆在每个路口(混合区)都必须中止所有车联网通信以更换假名，这将导致网络服务频繁终止，严重影响服务质量。(2)频繁更换假名也会造成预分配的假名资源紧缺；(3)强制更换策略不符合隐私具有个性化的特点。

发明内容

本发明的目的在于解决混合区强制车辆假名更换带来的不便问题，而提供一种基于博弈分析的车联网假名更换方法，在混合区机制的基础上，该方法引入博弈分析方法来解决隐私个性化保护的问题，即在给定轨迹熵和攻击者能力的情况下，通过求解攻防博弈中的纳什均衡来选择最优的假名替换策略；本发明方法不仅保证了车辆移动轨迹的高匿名性，而且能够减少车辆的假名更替次数，提高服务质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于博弈分析的车联网假名更换方法，包括如下步骤：

步骤S1、车辆的注册阶段：

车辆接入车联网前，首先向认证中心注册，并登记车辆信息；认证中心将为每个车辆分配M个身份信息，每个身份信息包含k＝1,2,…M；车辆注册后初始k＝1，即采用第一个假名PK_i¹，对应的私钥和证书分别为SK_i¹,/PK和SK为公私钥对，/为认证中心签发给车辆i的第k个身份的证书；M值取决于车辆总的假名更换次数；

步骤S2、车辆的行驶阶段：

S21、行驶初始化：

在开始一次行驶计划前，车辆首先自定义本次行驶计划的轨迹隐私度阈值Q_i；

S22、假名更换阶段：

S221、当进入路口前，车辆V_i首先计算自身的轨迹熵：

假设车辆在进入第l个路口前，其轨迹熵计算方法如下：