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专利号: 2022101667318
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2026-03-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于零信任机制的车联网访问控制方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、可信机构TC的PKI机制采用RSA算法为RSU、车辆生成公私钥及身份证书;决策服务器初始化访问控制策略:建立信任等级与角色的映射关系,接收车辆上传的资源及其权限集合,并将权限集合分配给对应的角色;

所述S1步骤包括:

S11、RSU身份注册,TC为RSU分配唯一身份标识IDR,选取两个素数p、q,计算n=p*q,φ‑1(n)=(p‑1)(q‑1);选择e使其满足gcd(φ(n),e)=1,确定d使得d≡e (modφ(n));计算公私钥PR={e,n},SR={d,n},结合公钥、时间戳、IDR元素生成公钥证书CertR;

S12、车辆身份注册,TC使用RSA算法为车辆生成公私钥对{Pv,Sv},并颁发身份证书Certv,TC设置初始信任值TVx,形成信任值记录记入区块链网络;

S13、决策服务器初始化,决策服务器生成信任值区间、信任等级TL={TL1,TL2,...,TLn}与角色集合Role={Role1,Role2,...,Rolen}的映射关系,同时建立角色链表,为每个角色分配相应的资源权限,角色链表的头节点为不同信任等级对应的角色,链表尾指针指向车辆上传的决策节点;

S14、车辆Vx上传自身共享资源及其权限集合至决策服务器,Vx根据自己开放共享的资源类型,决定访问其某类资源的角色要求,同一车辆的不同资源集要求不同的角色权限,车辆形成多个决策节点,并将不同的决策节点链接到不同的角色链的尾部;决策节点各字段含义为:

1)本类共享资源的哈希值,作为检索对应权限的索引,由于Hash值与资源是对应关系,故决策节点中不存储资源拥有者的身份,以保护资源拥有者的身份隐私,在索引时以Hash字段检索授权车辆;

2)允许角色对该资源的权限集合;

3)资源上传的时刻,用于验证资源的时效性;

4)节点末尾字段为指针,该字段的初始值为空(Null);若该节点后接入新节点,字段值为Next——指向下一个节点的地址;

S15、决策服务器根据车辆上传的决策节点信息,将决策节点接入相应的角色链表尾部,信任等级、角色与决策节点的链表结构有如下特征,以H1为索引的节点出现在链表的不同层次,是因为同一个车辆根据访问控制要求划分出不同的权限集合,并将权限集合分配给不同等级的角色,因此可能在不同层次链上出现属于同一个车辆的不同决策节点,此外,由于角色以等级分层,节点在低层次链表(Role1)拥有的权限集合(A1,A2)为其在高层次链表(Role2)所含权限集合(A1,A2,…,A4)的子集;

S2、注册完成的车辆和RSU基于PKI系统实现双向身份认证,协商会话密钥,此过程中,车辆驶入某RSU覆盖范围后,首先进行双向身份认证,然后双方协商生成会话密钥,为保护车辆身份隐私,RSU为车辆生成假名,存于本地身份列表中;

S3、设车辆Vj驶入RSU覆盖范围并完成身份认证,其希望访问车辆Vi的资源Resourcei,首先,车辆Vj需向RSU提出访问申请,以获得对车辆Vi的资源Resourcei访问授权令牌;RSU从区块链中检索出Vj最后存储的信任值,并将该信任值及请求信息发送至决策服务器;决策服务器获取该信任值对应的角色,在角色链表中筛选出匹配的决策决策节点;最终,决策节点中的权限集合为Vj被允许的访问权限,决策服务器根据权限生成访问令牌,并将令牌发送至RSU,RSU将令牌分发至车辆Vi和车辆Vj,Vj使用令牌中给予的权限访问请求的资源;

所述S3步骤包括:

S31、车辆Vj向RSU请求资源访问:

Vj→R:{Request||T3||HMAC(Kj,Request||T3))}其中,Request={ID'j||ID'i||Hi},包含:车辆j的假名ID'j,资源拥有者假名ID'i,请求访问资源的Hash值Hi=Hash(Resourcei),使用HMAC算法和共享密钥Kj对请求计算消息验证码HMAC(Kj,Request||T3),T3为当前时刻时间戳,以保证消息的时效性;

S32、RSU首先验证消息的新鲜性——时间戳是否满足|T‑T3|<Δt,若满足则进一步在身份列表中检索Vj的假名ID'j,若假名存在,则用本地存储的会话密钥kj,计算HMAC'(Kj,Request||T3),判断HMAC'与接收收到的HMAC是否一致,检验消息的完整性,若消息未被篡改,调用TrustValue Research()函数,输入车辆身份标识IDv,查找出车辆根据ID'j对应的最新的信任值TVj,RSU使用公钥PS加密参数{Request||TVj||T4},发送决策请求至决策服务器S:R→S:{E(PS,Request||TVj||T4)};

S33、决策服务器收到决策请求,解密并验证时效性后,进行决策,根据决策结果,服务器S生成访问控制令牌warrantj,将令牌使用RSU公钥加密,发送至RSU:S→R:{E(PR,warrantj)}

S34、RSU解密取出令牌后,使用S的公钥验证令牌的完整性,分别使用会话密钥Ki,Kj生成消息验证码HMAC(Ki/j,warrantj),将令牌分发给车辆Vi及车辆Vj:R→Vi:{warrantj||HMAC(Ki,warrantj)}R→Vj:{warrantj||HMAC(Kj,warrantj)};

S35、车辆Vi、Vj使用各自的会话密钥验证消息的可靠性,并检验令牌的时效性,若均检验通过,车辆Vj使用令牌中规定的访问权限访问车辆Vi的资源;

S36、车辆Vi对Vj进行信任评估:在Vj完成资源访问的行为后,车辆Vi调用信任评估算法,对Vj信任值进行新一轮的评估,并计算出直接信任值,若车辆j试图进行未经允许或非法的操作,减少其信任值;若车辆j合法访问资源,则增加其信任值,信任评估算法在此作用为:

1)若车辆Vj试图进行未经允许或非法的操作,Vi计算直接信任值:DTj=TVj‑f*TVi

2)若车辆Vj合法访问资源,Vi计算直接信任值:

DTj=TVj+p*TVi

其中Vi的信任值TVi越大,奖惩增减幅度越大,车辆Vi将DTj附上时间戳T5和消息验证码HMAC(Ki,DTj||T5)发送至RSU:Vi→R:{DTj||T5,HMAC(Ki,DTj||T5)};

S37、RSU利用HMAC算法检验Vi反馈消息的可靠性,RSU接收认证通过的直接信任值,调用信任评估算法,进一步计算推荐信任值。

2.根据权利要求1所述的基于零信任机制的车联网访问控制方法,其特征在于,所述S2步骤包括:S21、RSU周期性广播自己的证书:

R:{CertR||Sign(SR,CertR)}

等待车辆的接入,广播消息使用私钥进行签名,保证其完整性;

S22、车辆Vi驶入RSU R的覆盖范围,接收其广播消息,用证书CertR中的公钥解密签名,d检验[Sign(SR,CertR)] (modn)=CertR是否成立,若成立则生成大素数q以及整数a(a

S23、RSU使用私钥解密接收到的入网申请消息,计算时间差|T‑T1|,若差值≤Δt则进一步通过证书认证车辆身份的合法性;否则定义其为超时消息,拒绝接收,身份认证通过后,RSU产生整数XR(XR

3.根据权利要求2所述的基于零信任机制的车联网访问控制方法,其特征在于,决策服务器进行决策过程如下:S331、服务器利用如下定义的分段函数F:

根据信任值计算信任等级:F(TVj)→TLj,并根据信任等级映射到其对应的角色,获得角色值;

S332、服务器检索角色链表,具体为:根据角色值定位至对应的角色链表,将角色链表与资源索引输入作为实参,调用决策算法函数,获取对应的决策节点,对决策算法的分析如下:

1)在该层角色链表中遍历链表,对每个决策节点的Hash字段进行匹配,则有匹配项,则获得该节点,并获得其权限集合字段;否则执行2)

2)若本层不存在对应的决策节点,则遍历上一层角色链表,直到找到决策节点为止,获得其权限集合;

3)根据节点中允许的权限,生成访问令牌warrantj,令牌字段为:①资源请求者假名ID'j;

②资源拥有者身份标识IDi;

③令牌创建的时刻Tq;

④决策服务器授予车辆Vj的访问权限operationj;

⑤决策服务器S使用私钥对令牌进行的签名SignS,其他车辆可以使用S的公钥验证令牌的真伪;同时,因为没有S的私钥,攻击者无法伪造访问令牌。

4.根据权利要求3所述的基于零信任机制的车联网访问控制方法,其特征在于,间接信任值计算具体实现如下:S371、RSU调用区块链Read()查询函数检索出在区块链中检索获得n条Vj的历史信任值;

S372、提取记录中的信任值评估者,计算Vj与评估者Vk的相似度:

1)检索处于时间段Δt内,且评估者字段分别为Vk,Vj的信任值记录;

2)对于评估者为Vj的记录,筛选出其中属于[0.5,1]范围内的信任值,并计算平均值:

3)对于评估者为Vk的记录,同理计算出平均值:

4)计算Vk,Vj之间的相似度:

Vk,Vj对合法车辆评价的结果之差 表示两者之间的相似度,差值越小相似度越高;

S373、计算推荐信任值

qk代表时间对推荐信任值的影响,越久远的评价在推荐信任值的占比中越少;除此以外,两车的相似度Sk、历史信任值TVkj也是衡量推荐信任值可靠性的关键指标;

S374、信任值计算

TVj=W*DTj+(1‑W)*Rj

最后根据一定的权重W,将直接信任值DTj与推荐信任值Rj相结合,计算出车辆Vj的信任值TVj,RSU生成信任值记录数据:{VjID,ViID,TVj,Ti},共识并记入区块链。