摘 要

随着时代的进步，汽车以及公路都逐步开始智能化，许多汽车及道路上都装备了通信设备。也就伴随着车联网(iov)及其相关的应用开始发展起来。车联网通过新一代信息通信技术，实现车与云平台、车与车、车与路、车与人、车内等全方位网络链接，主要实现了“三网融合”，即将车内网、车际网和车载移动互联网进行融合。车联网是利用传感技术感知车辆的状态信息，并借助无线通信网络与现代智能信息处理技术实现交通的智能化管理，以及交通信息服务的智能决策和车辆的智能化控制。

对于车间通讯，单个的消息验证在如今巨大且快速的信息交换中并不适用了，而基于批量验证技术实现消息的批量验证可以很好的弥补这方面的缺陷，极大的节约了时间资源，使得车联网中的消息验证更加高效。

本文就车联网中通讯消息批量验证方法进行研究，推进车联网发展。

关键词：车联网；智能交通；批量算法；人车互动；信息交换

Abstract

With the progress of The Times, cars and highways have gradually become intelligent, and many cars and roads are equipped with communication equipment. Along with the Internet of vehicles (iov) and its related applications began to develop. Internet of vehicles through the new generation of information and communication technology, to achieve the vehicle and cloud platform, car and car, car and road, car and people, in-car and other comprehensive network links, mainly to achieve the "three-network integration", the vehicle internal network, inter-vehicle network and vehicle-mounted mobile Internet integration. The Internet of vehicles USES sensing technology to perceive the status information of vehicles, and realizes intelligent traffic management, intelligent decision-making of traffic information services and intelligent control of vehicles with the help of wireless communication network and modern intelligent information processing technology.

For workshop communication, single message verification is no longer applicable in today's huge and rapid information exchange. However, batch verification based on batch verification technology can make up for this defect, greatly saving time and resources, and making message verification in the Internet of vehicles more efficient.

This paper studies the method of batch verification of communication messages in the Internet of vehicles to promote the development of the Internet of vehicles.

Key Words：Car networking; Intelligent transportation; Batch algorithm; Human-vehicle interaction; Information exchange

第1章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

随着历史的变更以及时代的进步与发展，汽车以及公路都已经开始向智能化方向发展，许多的通信设备在汽车以及道路上都开始配备起来。这也就预示着车联网以及与其相关的产业逐步发展了起来。新型的信息通信技术也开始融入到车联网之中，其中人和车、路和车、车和车、车和云平台等都互相通过网络实现了全方位的连接。其中车际网、车内网以及车载移动互联网并称为“三网融合”。而这也是我们目前需要实现的主要目标。车联网的实现是通过使用传感技术感知技术感知到当前车辆的相关信息，然后通过现代智能信息处理技术以及无线通信网络来实现智能化的处理交通上的事务。并且还可以对于一些交通信息服务来进行智能的处理以及对于车辆实现智能化的控制。

伴随着5G的出现，车联网的发展也受到了相应的推进。远程的一些信息服务大多都是利用3G或4G的通信模块，这种模块可以对车辆的线路来进行监控，但还有关于道路安全等的相关问题还没有得到解决，这是因为3G，4G的网络延时相对比较高。但5G的出现，使网络延时降低到了一个比较低的区域，这样就能够使道路安全的等问题得到一个有效的解决方法。

虽然车联网当前的发展以及未来发展前景都很可观。但是伴随着它的发展，其中一些安全问题也就越来越变得的明显了起来了。这使我们不得不去重视这些安全问题，它所带来的一些网络安全问题，我们担心的是这不仅仅只是损害个人以及公司企业的利益，而更需要担心的是它所带来的对于社会的危害，比如他所引发的交通事故等。现如今人们对于自己个人的信息安全及隐私保护重视起来，他们买车时，不仅仅只是考虑车的性能及质量，更重要的他们的私人信息能否得到保障。所以，网络安全问题也成为了车联网成长发展的一个绊脚石。车联网的系统主要分成数据采集、智能分析以及决策控制这三个层次。而在数据传输的过程中就存在着数据泄露以及数据篡改等问题，而错误的数据会导致在决策时有可能出现错误，进而引发一些安全问题。

车联网当中，我们需要实时的知道车辆的信息，因此就需要车辆节点不断地重复性的将安全信息发送出来。但是伴随着车辆的增多，这一过程所需要的时间也会变多。而传统的单个消息的认证并不能够解决这一问题，所以，能够通过批量验证技术实现消息的批量验证可以极大的降低验证的时间，并提高认证效率。进而推动车联网的发展。

1.2 国内外研究现状

1.2.1车联网的发展状况

在二十世纪六十年代，车辆间的通信在日本开始被研究，然后我们所知的路车间通信系统简称RACS也在二十年后被开发出来。在1999年，美国交通运输部特别针对欧美地区的车辆通信网络和 ITS 电子元器件间的数据传输设计并制定了专用短程通信协议体系标准。其中，将IEEE802.11p协议部署在车载电子无线通讯设备的底层作为基础的通讯标准，IEEE1609 系列协议簇为高层 ITS 提供交互标准，为 V2X 独立划分 5.9GHz 频段，作为底层高速率数据传输的固定频段。2007年美国的PATH实验室实现了15辆汽车通过车间通信实现了队列行驶。

在2010年无锡举行的中国国际物联网大会上, “车联网”这一词被提起, 并传闻车联网将作为国家重大专项。2011年，中国人民解放军国防科学技术大学自主研发的 HQ3 无人车也成功地在长沙到武汉的高速公路上完成了无人驾驶实验。为了使我国的车联网产业的更快的发展，我国科技部“863 计划”分别在 2011 年和 2012 年先后启动“智能车路协同关键技术研究”和“车联网技术研究”。

如今，有着很多非常有潜力的产业出现，而车联网也成为了其中的一个，车联网在市场上的需求是非常明显的。而它对工业化和信息化的有效相融有着巨大的影响。它具有广泛的应用空间，具有强大的产业潜力和强有力的的社会利益等特性。车联网将会推进汽车行业的发展创新，而顺带的，这也会推进通信行业的发展。使得汽车以及交通有了一个全新的连接。同时，也使得自动化技术有了新的发展以及应用。更重要的是安全以及效率方面有了极大的提升。

总的来说，汽车公司主张的车辆互联网距离相互连接的真正意义还很远。虽然实现了车联网，但是其中也存在一些安全的隐患。我们不能够完全的保障车辆以及车主的相关信息。如今，5G也以及被研发出来，但是对于车辆间的信息传递还远远地达不到5G。这还无法满足我们的传输需求。但是，车联网也还是刚刚出现，车间互联也还不是很多。这也就提供了一定的时间让相关人员来开发研究对应的解决方案。

车联网在我国有着非常好的发展机会。不仅仅是企业，投资了很多人和财源，政府还为车联网提供了很多政策支持。在第十三次五国计划的主要项目中，国家开发和改革委员会列出了汽车互联网智能终端传感器作为国家主要项目之一，同时进行了许多财力以及政策上的支持。中国是汽车互联网的巨大市场，是汽车世界上最大的生产者和消费者。从汽车到车联网这一系统，将会对我国的经济状况产生很大的影响。

据中国产业调查报告网络发布的汽车产业跟踪及全需求市场跟踪分析报告，2017年至2021年，中国互联网市场规模在2016年达到76.7亿美元，随着车联网的发展，据估计，它的发展规模也在不断增大，到了2017年时，可能会达到114.4亿美元。有人经过计算，我国的车联网市场规模将会在2025年将达到一个非常高的数字。大概具有2162亿美元。而在5年以内，它以百分之四十几的的增长率不断上升，这也占据了全世界市场总额的四分之一。从2005年到2014年，车联网的用户由5万人增加到了910万人。2016年以后，我国的车联网不断地快速发展壮大，达到了一个很好的阶段。根据中国工业调查报告网络的调查和计算，汽车用户在中国的规模会增加到2020年的4410万户上下，平均年复合增长率为27.67%。

目前，包括车辆导航、车辆失窃跟踪等相关与车联网的服务已得到越来越多的中国汽车用户的认定及接纳。通信技术的快速发展保证了车辆服务互联网所要求的信息传递的适时性。并且伴随着3G网络、蓝牙通信、数字电视等传输方法，它们为车联网中的消息传送提供了多种选择。目前，在汽车技术应用市上，有一些独立的研发以及创新的汽车技术应用。例如智能急救应用、公交公共服务平台应用、安全性和节能应用技术、语音驱动系统等。

中国互联网发展的汽车产业优势在于汽车市场的大规模化、互联网技术的快速升级以及通信行业的发展。在互联网技术方面，中国地图运营商的导航技术、制造商的合作和独立研发水平不断提升，电子商务平台始终优化，为车辆的互联网技术支持和应用方向性三个运营商的发展规模和移动数据的全面覆盖以及车辆的互联网发展铺平了更宽的道路。由于产业链的复杂性，越来越多的产业、汽车制造商和运营商之间的成功和有效的商业操作模式的不足，增加了产业集聚的难度。用户对这个问题的支付方法影响了汽车企业的互联网发展。

1.2.2 批量认证的发展状况

首先我们来看一下密码学的相关知识，在几千年之前，就以及存在了有关密码学的一些知识，而不管是中国还是外国，在过去都有一些记载中提到了对于密码学的应用。纵观历史长河，战争的发生在极大的程度上为密码学的应用提供了相应的平台，使得密码学的发展有了一个很好的推进助手。如果按照密码学的发展进程，则它大至可以分为相应的三个阶段，手工加密阶段、机械加密阶段以及计算机加密阶段。一些重要的发展历程如下。
Claude Elwood Shannon，信息论始祖，在1949年发表了《保密系统的通信理论》，通过严格的数学基础，建立了密码学，而这则为理论基础做好了铺垫，使得密码学成为了真正的科学。Bailey Whitfield Diffie和Martin Edward Hellman两个人在1976年发表了《密码学的新方向》，他们将密钥分成了加密的公钥和解密的私钥两种，这也相应的解决了密钥管理的问题，并于此同时提出了密钥交换算法。在1977年，数据加密标准，Data Encryption Standard 被美国国家标准技术研究所制定出来,并成为了美国的国家标准。同年，RSA加密算法被提出，这个名称则是由三个人姓氏的开头字母所组成的，他们三个分别是麻省理工学院的罗纳Ron Rivest、Adi Shamir以及Leonard Adleman。在1997年4月，比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计的Rijndael算法被美国的ANSI所征集。该算法在2002年5月26日被确定为了有效的加密标准。

在二十世纪九十年代初，数字签名这一算法被提了出来。在数字签名环境中被作为一个标准被广泛使用，深深地被学者和产业研究着。在1993年，Naccache等人首先提出了一系列基于DSA的兼容交互批量认证方案，以使用批量验证方案来使签名者和验证者的工作变得更加简单。在利用这种批处理方案的状况下，验证的一方会对于数据进行一次性的同时认证，这很大的降低了相关机器指令的数量，并且和DSA一样，拥有很好的安全性。但是Lim 和 Lee在1994年时，提出了这种认证方案的不安全性。他们发现了这种方案里的漏洞，就是敌人能够伪造签名来通过公式的验证。1995年，Harn提出了安全对话型DSA类批认证方式。在1998年，Harn还提出了一种非交互的DSA类型批认证算法。

在2003年，两种聚合签名的新技术被Dan Boneh等人提出来。一个是常规聚合签名，它是基于Boneh短签名算法。另一个是一种仅仅支持线性聚合的聚合签名。它是基于多重签字方案被提出的。