智能交通燈系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能交通燈控制系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法，該方法包括以下步驟：設置步驟，注冊步驟，難題分發(fā)步驟，證明生成步驟，信息采集步驟。本發(fā)明有以下特點：車輛不能偽造其位置和數(shù)量；霧計算設備不需要過多的計算和存儲代價；車輛的身份和位置信息不會泄露給其他車輛、霧計算設備等；易于部署；車輛信息統(tǒng)計準確。
【專利說明】
智能交通燈系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及霧計算、智能交通和信息安全領域，具體設及一種智能交通燈控制系 統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法。
【背景技術】
[0002] 霧計算是介于云計算和個人計算之間的半虛擬化服務計算架構模型。霧計算擴展 了云計算的網絡計算模式，將網絡計算從網絡中屯、擴展到了網絡邊緣，從而更加廣泛地應 用于各種服務。智能交通系統(tǒng)將先進的信息技術、數(shù)據(jù)通信技術、傳感器技術、電子控制技 術W及計算機技術等有效地綜合運用于整個交通運輸管理體系，從而建立起一種大范圍 內、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。車載自組織網是智能交通 系統(tǒng)的核屯、和紐帶，是一種用于車與車W及車與路邊基站之間通信的自組織網絡，它可W 通過改善交通的安全性和效率來提升駕駛體驗。
[0003] 智能交通燈控制系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成。減少車輛在路口的排隊長度和 平均等待時間是智能交通燈控制系統(tǒng)要達到的目標之一。達到該目標的關鍵問題是如何預 測路口的車輛數(shù)量。已經有學者提出解決檢測車輛數(shù)量的方法，但它們有的部署困難，有的 精確度不高，有的維護成本高等。
[0004] 有學者提出使用車載自組織網絡為交通燈收集交通信息，但是其中的安全問題沒 有被解決，惡意車輛可能制造虛假信息W便其快速通過路口，比如謊稱車輛附近有多輛汽 車W獲得優(yōu)先通過權。而且需要交通燈與中屯、控制機構通信，可能造成較大延時，如果通信 信道被中斷，整個系統(tǒng)都將無法運行。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于:針對智能交通燈控制系統(tǒng)中車輛信息采集方法的缺點，提供 一種智能交通燈控制系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法，該方法在車載自組織網 絡中實現(xiàn)，車載自組織網絡是一種用于車與車W及車與路邊基站之間通信的自組織網絡。 在該方法中，交通燈作為霧計算設備用于采集車輛信息，使車輛不能偽造其位置和數(shù)量，霧 計算設備不需要過多的計算和存儲代價，車輛的身份和位置信息不會泄露給其他車輛，并 且車輛信息統(tǒng)計準確。霧計算設備采集的信息可使得智能交通燈控制更加精確。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術方案是：
[0007] -種智能交通燈控制系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法，包括如下實 體:可信機構(TA)、交通燈、車輛、路邊基站，W上實體構成智能交通燈控制系統(tǒng);特點是該 方法包括下列步驟：
[000引步驟1:設置
[0009]將安全參數(shù)/、難題難度丫作為TA的輸入，TA生成智能交通燈控制系統(tǒng)的參數(shù)并把 運些參數(shù)分發(fā)給車輛和交通燈；
[0010] 步驟2:注冊
[0011]車輛安裝抗干擾的定位設備；智能交通燈控制系統(tǒng)中的所有車輛和交通燈將步驟 1生成的參數(shù)進行存儲；
[001^ 步驟3:x隹題分發(fā)
[0013] 交通燈Rn為其附近的每個車輛生成同一個難題，交通燈使用基于位置加密算法將 難題加密，并W密文形式借助路邊基站分發(fā)給附近的所有車輛；
[0014] 步驟4:證明生成
[0015] 當車輛Vi進入交通燈Rn指定的區(qū)域，車輛Vi首先解密密文，然后在指定的時間內求 解難題并生成證明；
[001引步驟5: f目息義集
[0017] 交通燈Rn驗證其收到的證明是否有效，如果有效則交通燈Rn將生成證明的車輛的 信息進行存儲。
[0018] 步驟1所述TA生成智能交通燈控制系統(tǒng)的參數(shù)，具體包括：
[0019] 1)選取一個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表示發(fā)送者選定的位置區(qū)域和時間信息，L抓ec表 示基于位置的解密算法，C表示要解密的密文，It/表示車輛的位置和時間信息；
[0020] 2)選取一個哈希函數(shù)細：{0，1}* 一 {0，1}Υ，*表示哈希函數(shù)任意長度的輸入，丫表 示難題難度；
[0021] 3)將LB化c(m，lt)/LBDec(C，It/ )和SH作為智能交通燈控制系統(tǒng)的參數(shù)輸出。
[0022] 步驟3所述交通燈將難題分發(fā)給車輛，具體包括：
[0023] 1)在每個時間槽τ內，Rn生成一個長度為化k特的隨機數(shù)％e{〇，l}k.
[0024] 2)Κπ計算C = LB化c(%，info)，C表示密文，info表示發(fā)送者指定的位置區(qū)域和時間 ?目息；
[0025] 3)Rn借助路邊基站將難題W密文C的形式進行廣播。
[0026] 步驟4所述Vi生成證明，具體如下：
[0027] l)Vi計算％ = LBDec(C,infc/ )，infc/表示車輛當前的位置和時間信息，其中位置 和時間信息從抗干擾的定位設備中獲得；
[00%] 2)Vi通過暴力破解的方式找到一個元組(（1，（/)￡{〇，1}^(和(/為不同字符串， 它們使得等式細(l· I I statusi I I Ci)=細(％ I I statusi I I Ci')成立，SH表示短哈希函數(shù)， statusi表示狀態(tài)信息，狀態(tài)信息包括車輛的行車計劃即直行、左轉或右轉、位置、速度信 息；
[0029] 3)Vi將（S化化Si，Ci，Ci')作為證明發(fā)給交通燈。
[0030] 步驟5所述交通燈Rn驗證其收到的證明是否有效，具體如下：
[0031] 1)假設在指定的時間間隔內，Rn收到了η個證明，對每個iE{l，2,…，n}，交通燈驗 證等式甜(中| |s化化si| |Ci) =甜(中| |s化化si| |Ci')是否成立，如果成立則說明證明有效， 存儲狀態(tài)信息statusi; statusi將用于智能交通燈的精確控制。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0033] -種智能交通燈控制系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法，包括如下實 體:可信機構(TA)、交通燈、車輛、路邊基站，W上實體構成智能交通燈控制系統(tǒng);特點是該 方法包括下列步驟：
[0034] (1)設置步驟
[0035] 將安全參數(shù)《、難題難度丫作為TA的輸入，TA生成智能交通燈控制系統(tǒng)的參數(shù)并把 運些參數(shù)分發(fā)給車輛和交通燈。具體如下：
[0036] 1)選取一個對稱加密方案A：(·)/'!),;礎(0，εssk表示用密鑰Ssk進行加密，I)…It表示 用密鑰ssk進行解密；
[0037] 2)選取一個短哈希函數(shù)甜:{0，1}*^{0，1}^，*表示哈希函數(shù)任意長度的輸入；
[003引3)將￡.礎(·)/化處(·），SH作為系統(tǒng)參數(shù)輸出。
[0039] (2)注冊步驟
[0040] 車輛需安裝抗干擾的定位設備；智能交通燈控制系統(tǒng)中的所有車輛和交通燈將步 驟(1)生成的參數(shù)進行存儲。具體如下：
[0041 ] 1)系統(tǒng)中的所有車輛和交通燈將系統(tǒng)參數(shù)€s.sA：C)/D.wk(·)，SH進行存儲。
[0042] (3)難題分發(fā)步驟
[0043] 交通燈Rn為其附近的每個車輛生成同一個難題，交通燈使用基于位置加密算法將 難題加密，并W密文形式借助路邊基站分發(fā)給附近的所有車輛。具體如下：
[0044] 1)在每個時間槽τ內，Rn生成一個長度為化k特的隨機數(shù)％e {〇，l}k.
[0045] 2瓜生成一個隨機的會話密鑰sk。將其作為對稱加密方案向沈:(·)/戰(zhàn)沈(·)前密鑰；
[0046] 3)Rn使用映射表計算交通燈監(jiān)控區(qū)域的位置鎖Geolock;
[0047] 4)Rn計算Cl二碼=￡而(口τ)，€,-;(τ表示用密鑰skT對隨機數(shù)進行 加密，Cl和C2分別為密文的一部分，Rn將難題W密文(Cl, C2)的形式進行廣播。
[004引（4)證明生成步驟
[0049] 當車輛Vi進入Rn指定的區(qū)域，Vi首先解密密文，然后在指定的時間內求解難題并生 成證明。具體如下：
[0050] l)Vi使用映射表和Vi的位置、時間信息計算Geolock，其中Vi的位置、時間信息從抗 干擾的定位設備GI^中獲得；
[0化 1 ] 2)Vi計算s/Ct 二:臺e白Zoc/c史。，巧T. =
[0052] 3)Vi找到一個元組佑也/)￡{〇，1}*，（和(/為不同字符串，它們使得等式甜(中| statusil |ζ〇 =細(中| |statusi| |ζ/)成立，SH表示短哈希函數(shù)，sta1:usi表示狀態(tài)信息，包 括車輛的行車計劃(直行、左轉或右轉）、位置、速度等信息；
[0053] 4)Vi將（S化化Si，Ci，Ci')作為證明發(fā)給交通燈。
[0054] (5)信息采集步驟
[0055] Rn驗證其收到的證明是否有效，如果有效則Rn將生成證明的車輛的信息進行存儲。 具體如下：
[0056] 假設在指定的時間間隔內，Rn收到了η個證明，對每個iE {1，2,…，n}，交通燈驗證 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，如果成立則說明證明有效，存 儲狀態(tài)信息statusi; statusi將用于智能交通燈的精確控制。
【主權項】
1. 一種智能交通燈控制系統(tǒng)中霧計算適用的車輛信息安全采集方法，智能交通燈控制 系統(tǒng)由實體:可信機構TA、交通燈、車輛、路邊基站構成，其特征在于霧計算適用的車輛信息 安全采集方法包括下列步驟： 步驟1:設置 將安全參數(shù)1、難題難度γ作為TA的輸入，TA生成智能交通燈控制系統(tǒng)的參數(shù)并把這些 參數(shù)分發(fā)給車輛和交通燈； 步驟2:注冊 車輛安裝抗干擾的定位設備；智能交通燈控制系統(tǒng)中的所有車輛和交通燈將步驟1生 成的參數(shù)進行存儲； 步驟3:難題分發(fā) 交通燈1為其附近的每個車輛生成同一個難題，交通燈使用基于位置加密算法將難題 加密，并以密文形式借助路邊基站分發(fā)給附近的所有車輛； 步驟4:證明生成 當車輛Vi進入交通燈I指定的區(qū)域，車輛Vi首先解密密文，然后在指定的時間內求解難 題并生成證明； 步驟5:彳目息米集 交通燈I驗證其收到的證明是否有效，如果有效則交通燈I將生成證明的車輛的信息 進行存儲。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1所述TA生成智能交通燈控制系統(tǒng)的 參數(shù)，具體包括： 1) 選取一個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表示發(fā)送者選定的位置區(qū)域和時間信息，LBDec表示基 于位置的解密算法，C表示要解密的密文，IV表示車輛的位置和時間信息； 2) 選取一個哈希函數(shù)3!1:{0，1：^4{0，1}'*表示哈希函數(shù)任意長度的輸入，丫表示難題 難度； 3) 將LBEnc(m，11)/Lm)ec(C，1V )和SH作為智能交通燈控制系統(tǒng)的參數(shù)輸出。3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3所述交通燈將難題分發(fā)給車輛，具體 包括： 1) 在每個時間槽τ內，1生成一個長度為k比特的隨機數(shù)％e{〇，l}k; 2. Rii計算C = LBEnc(%，info)，C表示密文，info表示發(fā)送者指定的位置區(qū)域和時間信 息； 3. I借助路邊基站將難題以密文C的形式進行廣播。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4所述1生成證明，具體如下： 1. Vi計算％ = LBDec(C, infc/ )，infc/表示車輛當前的位置和時間信息，其中位置和時 間信息從抗干擾的定位設備中獲得； 2) 1通過暴力破解的方式找到一個元組心上/)^{〇，1廣乂和。為不同字符串，它們使 得等式SH(%| |statusi| |Gi) = SH(%| |statusi| Ιζ^)成立，SH表示短哈希函數(shù)，statusi表 示狀態(tài)信息，狀態(tài)信息包括車輛的行車計劃即直行、左轉或右轉、位置、速度信息； 3. Vi將(statusiAf i)作為證明發(fā)給交通燈。5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5所述交通燈1驗證其收到的證明是否 有效，具體如下： 假設在指定的時間間隔內，I收到了 η個證明，對每個i e {1，2，…，η }，交通燈驗證等式 SH(%| |statusi| |Gi)=SH(%| |statusi| Ιζ^)是否成立，如果成立則說明證明有效，存儲狀 態(tài)信息statusi; statusi將用于智能交通燈的精確控制。
【文檔編號】H04L29/08GK106060148SQ201610471432
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】張磊, 李江濤, 劉健, 張元飛, 戴菲菲
【申請人】華東師范大學