文档介绍：国防科学技术大学
博士学位论文
车载自组网隐私保护关键技术研究
姓名:孙一品
申请学位级别:博士
专业:计算机科学与技术
指导教师:苏金树
2010-12
国防科学技术大学研究生院博士学位论文
摘要
车载自组网(Vehicular ad work,)是由车辆节点和路旁节点
(Roadside Units,RSU)构成的一种超大规模新型移动自组织网络,在被寄予厚
望改善交通管理和道路安全的同时,也将给人们带来极大的隐私威胁。然而,面
向传统网络设计的隐私保护机制,无法应对如此规模庞大、开放共享、隐私信息
丰富的场景,因此,隐私保护成为影响车载自组网部署的基础性、关键性问题。
本文面向车载自组网隐私保护这一主题,系统分析了所面临的挑战和相关关
键技术,围绕车载应用中最迫切的身份隐私和位置隐私保护问题,针对匿名认
证、面向交通安全信息通告的位置隐私保护、面向车载接入机制的位置
隐私保护三个问题展开研究:
•针对车载应用对匿名认证功能与性能的双重需求,设计了高效的强身份隐
私保护分布式别名管理方案(PASS)。 PASS 支持区域授权机构为用户更新
本区域有效的短期别名证书,限制了身份作废影响的范围;首次使用双哈希
(Hash)链构建别名证书编号,在保持匿名性和后向隐私的基础上,使得作
废一个车辆身份的通信开销与该车辆持有的证书数目无关,解决了传统别名
机制的固有缺陷;打破了传统分布式别名管理方案中授权和证书本体的一对
一关系,使得区域授权机构仅负责为合法用户发放授权,而不是证书本身,
用户利用一个授权可以自行更新多个别名证书。由此,PASS 不仅优化了证
书更新开销,同时为车辆提供了针对区域授权机构的强身份隐私保护。综合
实验分析表明,PASS 在身份隐私保护、性能开销方面均优于已有的研究成
果。
•针对交通安全心跳报文时空高度关联所带来的位置隐私威胁,提出了面向大
范围城市环境下抗追踪保护的 Mix-zone 优化部署方案(DT-ET 部署方案)。
作为优化部署的基础,提出了基于交通统计信息的抗追踪信息熵的近似计算
方法,避免了采样方法需要大量车辆运行轨迹的不足,实验表明基于交通统
计信息的近似计算方法不仅定量上接近采样方法的评估结果,而且保持了
对抗追踪能力差异的敏感性;提出了 DT-ET 部署方案,使得车辆能在驾驶
时间不超过 DT 的情况下驶入某个 Mix-zone,同时经过 Mix-zone 后再到达
目的地的额外时间开销不超过 ET;证明了 DT-ET 最优部署问题是 NP-完全
的,并给出了近似求解算法。实验表明,DT-ET 部署方案能高效的满足车辆
随时随地的抗追踪需求。
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•针对车载接入应用,首次研究了来自信息服务提供商的位置隐私威
胁及应对方法。给出了服务提供商利用用户多次访问时间间隔和 RSU 位置
分布的关联关系推断用户位置或行进路线的方法;提出了 RSU 接入决策问
题(RAP 问题),使用户在隐私需求得到满足的前提下,从车载机
制中获得的性能收益最大化;鉴于 RAP 问题解空间的维度等于 RSU 的个数
(记为κ),进一步研究了高效求解算法,针对各接入点隐私需求一致的情况
(URAP 问题),论证了最优决策各分量的构造关系,使得 URAP 问题的求
解时间为 O(κ),在此基础上,RAP 问题的求解时间为 O(κ2)。基于真实道路
地图,大量实验表明,车载接入存在位置隐私威胁,RAP 决策方案
可以保证用户在隐私安全的情况下获得尽可能大的性能收益。
关键词: 车载自组网; 隐私保护; 身份隐私; 位置隐私; 匿名认证; Mix-zone; 车
载接入
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ABSTRACT
Vehicular Ad work (), contains not only mobile nodes —vehicles,
but also stationary Roadside Units (RSUs), is a special instantiate of mobile ad -
work. It opens a new door to facilitating road safety, traffic management, and infotain-
ment dissemination for drivers and passengers. However, as a double-edge sw