【摘 要】
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物联网实时感知环境、收集数据,帮助人们做出更优的决策,在交通、医疗、工业等领域发挥着重要的作用.随着用户与智能设备交互产生的数据量不断增多,物联网应用安全问题也不断涌现.车联网作为一种构建智能交通系统的物联网应用,也同样存在诸多通信安全问题.认证与密钥协商协议是保证物联网数据通信安全的重要手段.为了满足物联网不同的通信模型和安全需求,需要构建特定的认证协议.本文主要针对轻量级、三因素和多服务器等需
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物联网实时感知环境、收集数据,帮助人们做出更优的决策,在交通、医疗、工业等领域发挥着重要的作用.随着用户与智能设备交互产生的数据量不断增多,物联网应用安全问题也不断涌现.车联网作为一种构建智能交通系统的物联网应用,也同样存在诸多通信安全问题.认证与密钥协商协议是保证物联网数据通信安全的重要手段.为了满足物联网不同的通信模型和安全需求,需要构建特定的认证协议.本文主要针对轻量级、三因素和多服务器等需求设计新型的认证协议.现有面向物联网的大多数认证协议仍存在安全性差、效率低、功能单一等不足.安全性差:节点易遭受捕获节点、物理篡改攻击,无法保证匿名性和不可追踪性等;效率低:现有协议涉及的密码学操计算量大,不适用于计算、存储力低的设备;功能单一:现有基于云的单服务器通信架构无法满足车联网应用低延时的要求,车辆用户无法访问其他云服务器,用户无法获得更加多样的服务.针对上述问题,本文主要工作如下:（1）提出了一个用于物联网的轻量级、三因素匿名的用户认证协议.该协议通过物理不可克隆函数提供物理安全,能抵抗捕获节点、物理篡改攻击.此外,不需要额外的阶段来更新挑战响应对,也不必为每个传感器存储一个挑战响应对,提高了效率.同时,该协议利用了三因素认证机制,能抵抗离线口令猜测攻击等.该协议使用了异或和哈希函数,实现了轻量级.基于随机预言机模型的形式化安全分析和非形式化分析表明该协议是安全的.与现有的相关协议相比,该协议在安全性、功能和计算成本方面具有优势.最后,在模拟平台NS-3上实现该协议,模拟结果表明该协议在物联网环境下是可行的.（2）提出了一个基于雾计算的多服务器车联网认证协议.该协议根据通信方身份和系统公钥验证通信方的合法性,实现了多服务器架构下车辆用户与雾节点的认证、雾节点与云服务器的认证.在每次认证过程中引入随机值,为车辆用户与雾节点生成动态身份,实现了车辆用户与雾节点的匿名性和不可追踪性.此外,云服务器无需存储车辆用户身份信息,达到了更高的效率.安全分析表明该协议能抵抗常见的攻击.基于MIRACL库的模拟计算以及相关协议对比表明,该协议在性能方面具有优势.
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