智能交通灯系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法

智能交通灯系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能交通灯控制系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法，该方法包括以下步骤：设置步骤，注册步骤，难题分发步骤，证明生成步骤，信息采集步骤。本发明有以下特点：车辆不能伪造其位置和数量；雾计算设备不需要过多的计算和存储代价；车辆的身份和位置信息不会泄露给其他车辆、雾计算设备等；易于部署；车辆信息统计准确。
【专利说明】
智能交通灯系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法
技术领域
[0001] 本发明设及雾计算、智能交通和信息安全领域，具体设及一种智能交通灯控制系 统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法。
【背景技术】
[0002] 雾计算是介于云计算和个人计算之间的半虚拟化服务计算架构模型。雾计算扩展 了云计算的网络计算模式，将网络计算从网络中屯、扩展到了网络边缘，从而更加广泛地应 用于各种服务。智能交通系统将先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技 术W及计算机技术等有效地综合运用于整个交通运输管理体系，从而建立起一种大范围 内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。车载自组织网是智能交通 系统的核屯、和纽带，是一种用于车与车W及车与路边基站之间通信的自组织网络，它可W 通过改善交通的安全性和效率来提升驾驶体验。
[0003] 智能交通灯控制系统是智能交通系统的重要组成。减少车辆在路口的排队长度和 平均等待时间是智能交通灯控制系统要达到的目标之一。达到该目标的关键问题是如何预 测路口的车辆数量。已经有学者提出解决检测车辆数量的方法，但它们有的部署困难，有的 精确度不高，有的维护成本高等。
[0004] 有学者提出使用车载自组织网络为交通灯收集交通信息，但是其中的安全问题没 有被解决，恶意车辆可能制造虚假信息W便其快速通过路口，比如谎称车辆附近有多辆汽 车W获得优先通过权。而且需要交通灯与中屯、控制机构通信，可能造成较大延时，如果通信 信道被中断，整个系统都将无法运行。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于:针对智能交通灯控制系统中车辆信息采集方法的缺点，提供 一种智能交通灯控制系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法，该方法在车载自组织网 络中实现，车载自组织网络是一种用于车与车W及车与路边基站之间通信的自组织网络。 在该方法中，交通灯作为雾计算设备用于采集车辆信息，使车辆不能伪造其位置和数量，雾 计算设备不需要过多的计算和存储代价，车辆的身份和位置信息不会泄露给其他车辆，并 且车辆信息统计准确。雾计算设备采集的信息可使得智能交通灯控制更加精确。
[0006] 实现本发明目的的具体技术方案是：
[0007] -种智能交通灯控制系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法，包括如下实 体:可信机构(TA)、交通灯、车辆、路边基站，W上实体构成智能交通灯控制系统;特点是该 方法包括下列步骤：
[000引步骤1:设置
[0009]将安全参数/、难题难度丫作为TA的输入，TA生成智能交通灯控制系统的参数并把 运些参数分发给车辆和交通灯；
[0010] 步骤2:注册
[0011]车辆安装抗干扰的定位设备；智能交通灯控制系统中的所有车辆和交通灯将步骤 1生成的参数进行存储；
[001^ 步骤3:x隹题分发
[0013] 交通灯Rn为其附近的每个车辆生成同一个难题，交通灯使用基于位置加密算法将 难题加密，并W密文形式借助路边基站分发给附近的所有车辆；
[0014] 步骤4:证明生成
[0015] 当车辆Vi进入交通灯Rn指定的区域，车辆Vi首先解密密文，然后在指定的时间内求 解难题并生成证明；
[001引步骤5: f目息义集
[0017] 交通灯Rn验证其收到的证明是否有效，如果有效则交通灯Rn将生成证明的车辆的 信息进行存储。
[0018] 步骤1所述TA生成智能交通灯控制系统的参数，具体包括：
[0019] 1)选取一个基于位置的加解密算法1^8611。(111，1〇/18〇6。((：，^')，1^肥11。表示基于 位置的加密算法，m表示被加密的消息，It表示发送者选定的位置区域和时间信息，L抓ec表 示基于位置的解密算法，C表示要解密的密文，It/表示车辆的位置和时间信息；
[0020] 2)选取一个哈希函数細：{0，1}* 一 {0，1}Υ，*表示哈希函数任意长度的输入，丫表 示难题难度；
[0021] 3)将LB化c(m，lt)/LBDec(C，It/ )和SH作为智能交通灯控制系统的参数输出。
[0022] 步骤3所述交通灯将难题分发给车辆，具体包括：
[0023] 1)在每个时间槽τ内，Rn生成一个长度为化k特的随机数％e{〇，l}k.
[0024] 2)Κπ计算C = LB化c(%，info)，C表示密文，info表示发送者指定的位置区域和时间 ?目息；
[0025] 3)Rn借助路边基站将难题W密文C的形式进行广播。
[0026] 步骤4所述Vi生成证明，具体如下：
[0027] l)Vi计算％ = LBDec(C,infc/ )，infc/表示车辆当前的位置和时间信息，其中位置 和时间信息从抗干扰的定位设备中获得；
[00%] 2)Vi通过暴力破解的方式找到一个元组(（1，（/)￡{〇，1}^(和(/为不同字符串， 它们使得等式細(l· I I statusi I I Ci)=細(％ I I statusi I I Ci')成立，SH表示短哈希函数， statusi表示状态信息，状态信息包括车辆的行车计划即直行、左转或右转、位置、速度信 息；
[0029] 3)Vi将（S化化Si，Ci，Ci')作为证明发给交通灯。
[0030] 步骤5所述交通灯Rn验证其收到的证明是否有效，具体如下：
[0031] 1)假设在指定的时间间隔内，Rn收到了η个证明，对每个iE{l，2,…，n}，交通灯验 证等式甜(中| |s化化si| |Ci) =甜(中| |s化化si| |Ci')是否成立，如果成立则说明证明有效， 存储状态信息statusi; statusi将用于智能交通灯的精确控制。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0033] -种智能交通灯控制系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法，包括如下实 体:可信机构(TA)、交通灯、车辆、路边基站，W上实体构成智能交通灯控制系统;特点是该 方法包括下列步骤：
[0034] (1)设置步骤
[0035] 将安全参数《、难题难度丫作为TA的输入，TA生成智能交通灯控制系统的参数并把 运些参数分发给车辆和交通灯。具体如下：
[0036] 1)选取一个对称加密方案A：(·)/'!),;础(0，εssk表示用密钥Ssk进行加密，I)…It表示 用密钥ssk进行解密；
[0037] 2)选取一个短哈希函数甜:{0，1}*^{0，1}^，*表示哈希函数任意长度的输入；
[003引3)将￡.础(·)/化处(·），SH作为系统参数输出。
[0039] (2)注册步骤
[0040] 车辆需安装抗干扰的定位设备；智能交通灯控制系统中的所有车辆和交通灯将步 骤(1)生成的参数进行存储。具体如下：
[0041 ] 1)系统中的所有车辆和交通灯将系统参数€s.sA：C)/D.wk(·)，SH进行存储。
[0042] (3)难题分发步骤
[0043] 交通灯Rn为其附近的每个车辆生成同一个难题，交通灯使用基于位置加密算法将 难题加密，并W密文形式借助路边基站分发给附近的所有车辆。具体如下：
[0044] 1)在每个时间槽τ内，Rn生成一个长度为化k特的随机数％e {〇，l}k.
[0045] 2瓜生成一个随机的会话密钥sk。将其作为对称加密方案向沈:(·)/战沈(·)前密钥；
[0046] 3)Rn使用映射表计算交通灯监控区域的位置锁Geolock;
[0047] 4)Rn计算Cl二码=￡而(口τ)，€,-;(τ表示用密钥skT对随机数进行 加密，Cl和C2分别为密文的一部分，Rn将难题W密文(Cl, C2)的形式进行广播。
[004引（4)证明生成步骤
[0049] 当车辆Vi进入Rn指定的区域，Vi首先解密密文，然后在指定的时间内求解难题并生 成证明。具体如下：
[0050] l)Vi使用映射表和Vi的位置、时间信息计算Geolock，其中Vi的位置、时间信息从抗 干扰的定位设备GI^中获得；
[0化 1 ] 2)Vi计算s/Ct 二:台e白Zoc/c史。，巧T. =
[0052] 3)Vi找到一个元组佑也/)￡{〇，1}*，（和(/为不同字符串，它们使得等式甜(中| statusil |ζ〇 =細(中| |statusi| |ζ/)成立，SH表示短哈希函数，sta1:usi表示状态信息，包 括车辆的行车计划(直行、左转或右转）、位置、速度等信息；
[0053] 4)Vi将（S化化Si，Ci，Ci')作为证明发给交通灯。
[0054] (5)信息采集步骤
[0055] Rn验证其收到的证明是否有效，如果有效则Rn将生成证明的车辆的信息进行存储。 具体如下：
[0056] 假设在指定的时间间隔内，Rn收到了η个证明，对每个iE {1，2,…，n}，交通灯验证 等式甜(中11 s化化Si I I Ci) =甜(中11 s化化Si 11 Ci')是否成立，如果成立则说明证明有效，存 储状态信息statusi; statusi将用于智能交通灯的精确控制。
【主权项】
1. 一种智能交通灯控制系统中雾计算适用的车辆信息安全采集方法，智能交通灯控制 系统由实体:可信机构TA、交通灯、车辆、路边基站构成，其特征在于雾计算适用的车辆信息 安全采集方法包括下列步骤： 步骤1:设置 将安全参数1、难题难度γ作为TA的输入，TA生成智能交通灯控制系统的参数并把这些 参数分发给车辆和交通灯； 步骤2:注册 车辆安装抗干扰的定位设备；智能交通灯控制系统中的所有车辆和交通灯将步骤1生 成的参数进行存储； 步骤3:难题分发 交通灯1为其附近的每个车辆生成同一个难题，交通灯使用基于位置加密算法将难题 加密，并以密文形式借助路边基站分发给附近的所有车辆； 步骤4:证明生成 当车辆Vi进入交通灯I指定的区域，车辆Vi首先解密密文，然后在指定的时间内求解难 题并生成证明； 步骤5:彳目息米集 交通灯I验证其收到的证明是否有效，如果有效则交通灯I将生成证明的车辆的信息 进行存储。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述TA生成智能交通灯控制系统的 参数，具体包括： 1) 选取一个基于位置的加解密算法LBEnc(m，lt)/LBDec(C，lt/)，LBEnc表示基于位置 的加密算法，m表示被加密的消息，It表示发送者选定的位置区域和时间信息，LBDec表示基 于位置的解密算法，C表示要解密的密文，IV表示车辆的位置和时间信息； 2) 选取一个哈希函数3!1:{0，1：^4{0，1}'*表示哈希函数任意长度的输入，丫表示难题 难度； 3) 将LBEnc(m，11)/Lm)ec(C，1V )和SH作为智能交通灯控制系统的参数输出。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述交通灯将难题分发给车辆，具体 包括： 1) 在每个时间槽τ内，1生成一个长度为k比特的随机数％e{〇，l}k; 2. Rii计算C = LBEnc(%，info)，C表示密文，info表示发送者指定的位置区域和时间信 息； 3. I借助路边基站将难题以密文C的形式进行广播。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4所述1生成证明，具体如下： 1. Vi计算％ = LBDec(C, infc/ )，infc/表示车辆当前的位置和时间信息，其中位置和时 间信息从抗干扰的定位设备中获得； 2) 1通过暴力破解的方式找到一个元组心上/)^{〇，1广乂和。为不同字符串，它们使 得等式SH(%| |statusi| |Gi) = SH(%| |statusi| Ιζ^)成立，SH表示短哈希函数，statusi表 示状态信息，状态信息包括车辆的行车计划即直行、左转或右转、位置、速度信息； 3. Vi将(statusiAf i)作为证明发给交通灯。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5所述交通灯1验证其收到的证明是否 有效，具体如下： 假设在指定的时间间隔内，I收到了 η个证明，对每个i e {1，2，…，η }，交通灯验证等式 SH(%| |statusi| |Gi)=SH(%| |statusi| Ιζ^)是否成立，如果成立则说明证明有效，存储状 态信息statusi; statusi将用于智能交通灯的精确控制。
【文档编号】H04L29/08GK106060148SQ201610471432
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】张磊, 李江涛, 刘健, 张元飞, 戴菲菲
【申请人】华东师范大学