一种车联网环境中基于静默与广播周期的假名更改方法与流程

1.本发明属于车联网信息安全技术领域，涉及假名更改技术，特别涉及一种车联网环境中基于静默与广播周期的假名更改方法。


背景技术：

2.伴随着车联网的不断发展，车载自组织网络(vanet)已成为智能交通系统中不可或缺的关键组成部分，vanet保证了许多有关车辆安全、交通效率、娱乐功能的实现。但同时，vanet中的位置隐私安全问题也受到了政府、企业、研究人员的广泛关注。
3.在vanet中，车辆与车辆、车辆与基础设施通过结合gps及无线通信技术进行信息的交互，从而实现了多种应用。与安全相关的应用通常基于安全消息：车辆通过向附近其他通信实体定期发送安全消息，告知其他车辆或基础设施自己的位置、速度、方向等信息，从而避免行驶过程中会发生的拥堵与事故，提高道路的安全性。虽然安全消息对于道路安全、优化交通流量等方面大有裨益，但攻击者也会利用安全消息对车辆进行未经授权的位置跟踪。攻击者会通过无线电窃听的方式收集这些安全消息，并确定车辆随时间流逝的位置，通过车辆与驾驶员的关联关系以达到侵犯用户隐私的目的。例如，攻击者通过获取用户的位置信息，得到用户的生活轨迹信息、真实身份等，危险的攻击者甚至会威胁到用户的人身安全。因此，采用一种合适的匿名认证机制来保护用户的位置隐私是至关重要的。
4.当前的安全标准(ieee 1609.2-2013、etsi 102941-v1.1.1)采用假名更改的方法作为匿名身份认证机制。假名更改方法作为一种匿名认证机制，通过更改假名来打破车辆位置序列的链接，保证车辆不会长时间使用同一个假名，以此来达到混淆攻击者，保护用户位置隐私的目的。假名更改方法首先通过使用假名来替代车辆的真实标识符发送安全消息，使攻击者无法识别司机，可以提供一定级别的隐私。其次，假名更改方法通过定期更改假名，解决危险的攻击者会通过分析车辆轨迹将假名与驾驶者的真实身份联系起来的问题。并且，假名更改方法相比组签名、假名与组签名混合方法拥有计算量与计算开销更小等优势。但采用假名更改方法仍会受到一些安全威胁。
5.假名更改方法受到的威胁主要有两种。一是攻击者会根据不同车辆假名更改的不同时间将车辆的新假名与旧假名进行匹配，进行语法连接攻击。二是攻击者会利用安全消息中的内容对车辆的位置进行预测，从而匹配车辆的新假名与旧假名，进行语义链接攻击。如今，研究者们已经提出了一些假名更改方法，绝大部分假名更改方法仅预防了语法连接攻击或语义链接攻击，其他方法虽然同时预防了以上两种攻击，但仍存在适用场景受限或安全性问题。因此，使用一个能够同时防止语法连接攻击与语义链接攻击并且包含更多更改场景、具有更高安全性的假名更改方法显得尤为重要。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于静默与广播周期的假名更改方法，用于解决现有部分假名更改方案无法同时防范语法连接攻击与语义链接攻击，更改场景少、
安全性有待提高的问题。
7.本发明解决上述问题的技术方案如下：基于静默与广播周期的假名更改方法，包括：
8.步骤1，交通管理人员收集感兴趣地区近期车辆轨迹数据(至少包括车辆在具体时间对应的经纬度位置信息)，执行步骤2。
9.步骤2，筛选所有在同一位置停留超过一定时间的经纬度坐标，将此类坐标称作停留点，执行步骤3。
10.步骤3，根据日期将停留点分为两类：工作日停留点、节假日停留点。再将这两类的停留点根据0～7:00、7:00～10:00、10:00～16:00、16:00～19:00、19：00～24:00五个时间段进行分类，执行步骤4。
11.步骤4，对共十种不同类别的停留点分别使用均值漂移聚类算法(mean shift)，根据停留点密度进行聚类得到聚类簇，执行步骤5。
12.步骤5，求得每一个聚类簇中所有点到该聚类簇中心的距离的平均值，以该值为半径的圆形范围作为该类的停留范围，执行步骤6。
13.步骤6，计算所有停留范围内停留点密度的平均值，作为平均密度。根据平均密度筛选停留范围，将停留点密度大于p倍平均密度的停留范围作为停留点区域，规定车辆在此区域内进行假名更改。若该停留范围内停留点密度小于或等于p倍平均密度，则不选取该停留范围作为停留点区域，执行步骤7。
14.步骤7，根据停留点区域对应聚类簇的中心经纬度坐标与半径部署停留点区域，执行步骤8。
15.步骤8，每一个rsu根据该rsu覆盖范围内的停留点区域数量向权威机构(ta)申请假名集。假名集的数量根据该rsu内停留点区域的数量和收集的数据中对应时段停留点区域内的车辆数量进行设置，执行步骤9。
16.步骤9，根据收集的数据中停留点区域内所有车辆在该区域存在的平均时间与停留点区域的直径，计算每个停留点区域的广播阶段时长，执行步骤10。
17.步骤10，每个停留点区域执行静默与广播周期，该周期由一个静默期和一个广播期组成。规定静默期时长小于2秒以保证车辆在停留点区域行驶的安全性。规定广播期时长为步骤9中计算的广播阶段时长，执行步骤11。
18.步骤11，停留点区域外，车辆使用自己当前的假名行驶，执行步骤12。
19.步骤12，车辆进入停留点区域。执行步骤13。
20.步骤13，rsu分配一个假名给该车辆，并规定其生命周期为步骤9中计算的广播阶段时长。若车辆在进入停留点区域时，该区域处于静默期，执行步骤14，否则，执行步骤15。
21.rsu将始终保证一辆车在连续两个周期内使用不同的假名，所有进入停留点区域的车辆将会循环使用该停留点区域假名池的假名。
22.步骤14，车辆静默并更换rsu分配的假名，直到静默期结束，执行步骤16。
23.步骤15，车辆使用自己的假名继续行驶，直到下一个静默期到来，执行步骤17。
24.步骤16，若该车辆仍在停留点区域内，车辆使用rsu分配的假名进入广播期，广播自己的安全消息，持续时长为该区域的广播阶段时长，执行步骤17，否则，执行步骤18。
25.步骤17，若该车辆仍在停留点区域内，车辆进入静默期，rsu分配另一个假名给该
车辆，并规定其生命周期为该停留点区域步骤9中计算的广播阶段时长。车辆保持静默直至静默期结束，执行步骤16。否则，执行步骤18。
26.步骤18，车辆更换上自己假名池中的下一个假名继续行驶，执行步骤19。
27.步骤19，车辆恢复正常广播与行驶。
28.本发明的有益效果是：
29.一、本发明结合了位置服务隐私保护中的停留点概念并将mean shift聚类方法运用到车联网环境中假名更换场景的选取上，使假名更改覆盖更多混合区域，保护车辆位置隐私。
30.二、本发明利用停留点区域内静默与广播周期，使区域内车辆同步更改假名，解决了攻击者对车辆进行语法链接攻击的问题。
31.三、本发明利用停留点区域内静默与广播周期，使区域内车辆在静默期内更改假名，解决了攻击者对车辆进行语义链接攻击的问题，同时保证了车辆在停留点区域内行驶的安全性。
附图说明
32.图1为本发明所述车联网环境中基于静默与广播周期的假名更改方法的流程示意图。
33.图2为本发明所述车联网环境中基于静默与广播周期的假名更改方法的具体流程示意图。
具体实施方式
34.以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
35.本发明采用的技术方案为基于静默与广播周期的假名更改方法，包括：
36.步骤1，交通管理人员收集感兴趣地区近期车辆轨迹数据(至少包括车辆在具体时间对应的经纬度位置信息)，执行步骤2。
37.步骤2，筛选所有在同一位置停留超过一定时间的经纬度坐标，将此类坐标称作停留点，执行步骤3。
38.步骤3，根据日期将停留点分为两类：工作日停留点、节假日停留点。再将这两类的停留点根据0～7:00、7:00～10:00、10:00～16:00、16:00～19:00、19：00～24:00五个时间段进行分类，执行步骤4。
39.步骤4，对共十种不同类别的停留点分别使用均值漂移聚类算法(mean shift)，根据停留点密度进行聚类得到聚类簇，执行步骤5。
40.步骤5，求得每一个聚类簇中所有点到该聚类簇中心的距离的平均值，以该值为半径的圆形范围作为该类的停留范围，执行步骤6。
41.步骤6，计算所有停留范围内停留点密度的平均值，作为平均密度。根据平均密度筛选停留范围，将停留点密度大于p倍平均密度的停留范围作为停留点区域，规定车辆在此区域内进行假名更改。若该停留范围内停留点密度小于或等于p倍平均密度，则不选取该停留范围作为停留点区域，执行步骤7。
42.步骤7，根据停留点区域对应聚类簇的中心经纬度坐标与半径部署停留点区域，执
行步骤8。
43.步骤8，每一个rsu根据该rsu覆盖范围内的停留点区域数量向权威机构(ta)申请假名集。假名集的数量根据该rsu内停留点区域的数量和收集的数据中对应时段停留点区域内的车辆数量进行设置，执行步骤9。
44.步骤9，根据收集的数据中停留点区域内所有车辆在该区域存在的平均时间与停留点区域的直径，计算每个停留点区域的广播阶段时长，执行步骤10。
45.步骤10，每个停留点区域执行静默与广播周期，该周期由一个静默期和一个广播期组成。规定静默期时长小于2秒以保证车辆在停留点区域行驶的安全性。规定广播期时长为步骤9中计算的广播阶段时长，执行步骤11。
46.步骤11，停留点区域外，车辆使用自己当前的假名行驶，执行步骤12。
47.步骤12，车辆进入停留点区域。执行步骤13。
48.步骤13，rsu分配一个假名给该车辆，并规定其生命周期为步骤9中计算的广播阶段时长。若车辆在进入停留点区域时，该区域处于静默期，执行步骤14，否则，执行步骤15。
49.rsu将始终保证一辆车在连续两个周期内使用不同的假名，所有进入停留点区域的车辆将会循环使用该停留点区域假名池的假名。
50.步骤14，车辆静默并更换rsu分配的假名，直到静默期结束，执行步骤16。
51.步骤15，车辆使用自己的假名继续行驶，直到下一个静默期到来，执行步骤17。
52.步骤16，若该车辆仍在停留点区域内，车辆使用rsu分配的假名进入广播期，广播自己的安全消息，持续时长为该区域的广播阶段时长，执行步骤17，否则，执行步骤18。
53.步骤17，若该车辆仍在停留点区域内，车辆进入静默期，rsu分配另一个假名给该车辆，并规定其生命周期为该停留点区域步骤9中计算的广播阶段时长。车辆保持静默直至静默期结束，执行步骤16。否则，执行步骤18。
54.步骤18，车辆更换上自己假名池中的下一个假名继续行驶，执行步骤19。
55.步骤19，车辆恢复正常广播与行驶。
56.本发明结合了位置服务隐私保护中的停留点概念并将mean shift聚类方法运用到车联网环境中假名更换场景的选取上，使假名更改覆盖更多混合区域，保护车辆位置隐私。本发明利用停留点区域内静默与广播周期，使区域内车辆同步更改假名，解决了攻击者对车辆进行语法链接攻击的问题。本发明利用停留点区域内静默与广播周期，使区域内车辆在静默期内更改假名，解决了攻击者对车辆进行语义链接攻击的问题，同时保证了车辆在停留点区域内行驶的安全性。