錢 進(jìn)

泰州學(xué)院，江蘇 泰州 225300

1 車聯(lián)網(wǎng)安全的特點(diǎn)

車聯(lián)網(wǎng)安全與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全有一定的區(qū)別。車聯(lián)網(wǎng)是一種分布式自組織網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架是無中心節(jié)點(diǎn)的。因此，車聯(lián)網(wǎng)安全與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的本質(zhì)區(qū)別是去中心化管理，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全中心使用的密鑰分配技術(shù)、安全信息分發(fā)技術(shù)、接入控制技術(shù)等需要中心設(shè)備處理的安全技術(shù)均無法直接應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)安全管理中[1]。因此，需要針對車聯(lián)網(wǎng)這種分布式自組織網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)開發(fā)響應(yīng)的安全保護(hù)系統(tǒng)，是需要時(shí)間和技術(shù)積累的。

1.1 車聯(lián)網(wǎng)安全與物聯(lián)網(wǎng)安全的區(qū)別

車聯(lián)網(wǎng)雖然是物聯(lián)網(wǎng)在具體行業(yè)的一種應(yīng)用，但車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境給它的安全保障帶來了與物聯(lián)網(wǎng)安全保障巨大的區(qū)別。首先，車輛節(jié)點(diǎn)的高速移動，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)拓?fù)涞目焖僮兓?，物?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中用動態(tài)假名技術(shù)并不能滿足車聯(lián)網(wǎng)拓?fù)涞目焖僮兓?。其次，車?lián)網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)密度的快速變化也與物聯(lián)網(wǎng)不同，物聯(lián)網(wǎng)在一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)的周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是相對固定的，然而車聯(lián)網(wǎng)中當(dāng)車進(jìn)入和離開紅綠燈十字路口時(shí)，其周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的密度是快速變化的，當(dāng)密度增大到一定程度時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)安全中連基本的信標(biāo)消息包的傳輸都會擁塞，所以傳統(tǒng)的安全策略在這種高密度情況下更是行不通的。當(dāng)然車聯(lián)網(wǎng)安全也有比物聯(lián)網(wǎng)安全的實(shí)現(xiàn)層面有優(yōu)勢的地方，比如物聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域主要考慮節(jié)點(diǎn)能耗的問題，所采用的安全策略都是以節(jié)能為優(yōu)先的，不會使用復(fù)雜的加密算法和保密策略，然而車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)部署在車上就不用考慮節(jié)能問題，相對于驅(qū)動車輛前進(jìn)的能耗，車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信的能耗可以忽略不計(jì)。另外，車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動方向是有規(guī)律的，也就是車輛必須依附于道路方向行駛，所以在實(shí)現(xiàn)一些車聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用時(shí)，可以通過預(yù)測車輛的行駛狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。

1.2 車聯(lián)網(wǎng)安全與具體應(yīng)用的聯(lián)系

車聯(lián)網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)3 個(gè)方面的應(yīng)用，如圖1 所示，包括：保障交通安全、提高交通效率及商業(yè)信息優(yōu)化駕乘體驗(yàn)。針對這3 個(gè)不同方面的應(yīng)用，其安全需求也不同，對于交通安全應(yīng)用，如前車狀態(tài)消息等，其安全級別要求是最高的，特別是對于消息的實(shí)時(shí)性、真實(shí)性、不可抵賴性方面有更高的要求。對于提高交通效率方面的應(yīng)用，如路徑規(guī)劃，主要安全要求是其消息的完整性，以使得應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)。對于優(yōu)化駕乘體驗(yàn)方面的安全需求，如興趣點(diǎn)信息下載，主要是要保障用戶的匿名性和運(yùn)動軌跡的隱私性[2]。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)3 方面的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)車聯(lián)網(wǎng)安全體系的過程中，要充分考慮車聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，不能也無法照搬傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，包括現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)安全技術(shù)，大部分都需要重新研發(fā)或者大幅度修改。只有了解了車聯(lián)網(wǎng)安全的特點(diǎn)，我們才能更深入地分析保障車聯(lián)網(wǎng)安全。

2 車聯(lián)網(wǎng)感知層安全分析

感知層是車聯(lián)網(wǎng)通信的最底層，車聯(lián)網(wǎng)車輛上裝有的各類傳感器的信息安全都屬于感知層安全。

2.1 感知層安全威脅

信號干擾與竊聽攻擊：車輛節(jié)點(diǎn)的眾多傳感器節(jié)點(diǎn)都有固定的通信頻率，若在開放頻率上不加保護(hù)感知信息，受到主動攻擊時(shí)極其容易受到信號的干擾，受到被動攻擊時(shí)，則其感知的信息特別容易被竊聽。篡改和物理破壞攻擊：篡改和物理破壞是對車聯(lián)網(wǎng)感知層安全最直接的破壞方式，直接破壞或者竊取各類傳感器的信息會使得系統(tǒng)無法正常工作。仿冒節(jié)點(diǎn)攻擊：這是一種最常用的感知層安全威脅，當(dāng)車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)傳感器被仿冒時(shí)，特別容易導(dǎo)致系統(tǒng)故障或者系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用失效。

2.2 感知層安全保障

加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)認(rèn)證：我們需要使用一種高效的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證方法，既能保障節(jié)點(diǎn)的隱私性，保障假名更換的速度，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)較高的安全級別，使得仿冒節(jié)點(diǎn)無法通過節(jié)點(diǎn)認(rèn)證。加強(qiáng)入侵監(jiān)測：在車聯(lián)網(wǎng)感知層遭到攻擊時(shí)，能夠迅速發(fā)現(xiàn)攻擊，這里的入侵監(jiān)測包括幾個(gè)不同的級別，最初級是發(fā)現(xiàn)有入侵但不知道具體哪里被入侵，中級是發(fā)現(xiàn)有入侵并且知道具體哪里被入侵，最高級是發(fā)現(xiàn)有入侵并能及時(shí)隔離入侵。

3 車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層安全分析

網(wǎng)絡(luò)層是車聯(lián)網(wǎng)通信的中間層，用于實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的無線傳輸。

3.1 網(wǎng)絡(luò)層安全威脅

一是消息碰撞攻擊。不同的數(shù)據(jù)包在傳輸時(shí)不能夠發(fā)生沖突，若發(fā)生沖突則需丟棄重傳，消息碰撞攻擊利用這一特征進(jìn)行攻擊，在正常數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)送個(gè)別碰撞字節(jié)將導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸失敗，從而實(shí)現(xiàn)消息碰撞攻擊。二是資源消耗攻擊。因?yàn)檐嚶?lián)網(wǎng)的通信資源是有限的，車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作形成網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，若攻擊者針對某一個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)用不同的身份不停向其發(fā)送信息，將導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)無法收發(fā)正常的通信信息，從而導(dǎo)致車輛節(jié)點(diǎn)通信失效。三是非公平競爭攻擊。車聯(lián)網(wǎng)通信根據(jù)應(yīng)用的不同分優(yōu)先級，若某個(gè)惡意節(jié)點(diǎn)始終用最高優(yōu)先級的方式發(fā)送信息占用信道，將導(dǎo)致真正需要及時(shí)發(fā)送的最高優(yōu)先級信息無法及時(shí)發(fā)送。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層安全保障

一是有效的信道監(jiān)聽和重傳機(jī)制。通過合理的監(jiān)聽信道方法，識別惡意攻擊節(jié)點(diǎn)，在信道接入時(shí)隔離惡意節(jié)點(diǎn)，結(jié)合信道預(yù)測的方法，提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒β?。二是限制部分?jié)點(diǎn)發(fā)送速度。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)過多占用信道資源時(shí)限制其發(fā)送速度。三是短包策略。使用短包發(fā)送可以有效降低惡意節(jié)點(diǎn)占用信道的成功率，且能夠平衡不同優(yōu)先級的信息的資源占用比例。

4 車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層安全分析

應(yīng)用層是車聯(lián)網(wǎng)通信中的最高層，在應(yīng)用層具體實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用。

4.1 應(yīng)用層安全威脅

一是病毒攻擊。病毒可以破壞車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的正常運(yùn)行，且擁有網(wǎng)絡(luò)傳播的能力，輕則影響車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的處理速度，重則導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)癱瘓。蠕蟲、木馬類病毒各有特點(diǎn)，使用不同方式侵害車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層。二是不受歡迎的程序。類似廣告軟件、間諜軟件等不受歡迎的程序，雖然不會直接影響車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層的工作，但會泄露節(jié)點(diǎn)隱私信息，也是一種安全威脅。三是遠(yuǎn)程攻擊。惡意攻擊者使用DNS 投毒、TCP 去同步化及ICMP 攻擊等方法進(jìn)行遠(yuǎn)程車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層攻擊，將會危害整個(gè)系統(tǒng)的安全[3]。

4.2 應(yīng)用層安全保障

一是車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層防火墻。通過防火墻過濾不安全信息及服務(wù)，可以有效過濾部分病毒攻擊，但防火墻的設(shè)置要考慮車聯(lián)網(wǎng)通信的特點(diǎn)，包括實(shí)時(shí)性和高動態(tài)性。二是數(shù)據(jù)容災(zāi)。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層要考慮數(shù)據(jù)的定期轉(zhuǎn)存和備份，設(shè)置合理的數(shù)據(jù)容災(zāi)策略，保障數(shù)據(jù)存儲的可靠性。三是數(shù)據(jù)加密。大部分信息需要進(jìn)行加密傳輸，以保障數(shù)據(jù)的完整性、隱私性，加密方法需要適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)特征。

6 車聯(lián)網(wǎng)安全的未來

車聯(lián)網(wǎng)安全由于車聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)安全策略不能直接應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)，需要研究者們根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)特征進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)研究工作。同時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)安全不光涉及安全問題，也涉及用戶的隱私保護(hù)問題。安全和隱私保護(hù)一方面是一致的，保護(hù)了車聯(lián)網(wǎng)安全一定程度上意味著保護(hù)了用戶的隱私；另一方面也是相互制約的，保護(hù)車聯(lián)網(wǎng)安全時(shí)需要讓一些信息有痕跡可追溯，但這跟用戶隱私的保護(hù)是相悖的。所以，車聯(lián)網(wǎng)安全研究的未來是要結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)，同時(shí)考慮安全與隱私保護(hù)的平衡，設(shè)計(jì)出一種可靠的安全策略，為車聯(lián)網(wǎng)正式部署提供安全基礎(chǔ)。通過自組織通信與蜂窩通信兩種方式結(jié)合，解決部分現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的安全問題。相信通過我國企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的共同努力，在車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)上，我國將以較大優(yōu)勢率先實(shí)現(xiàn)商用。