嚴(yán)雪梅 彭海靜 楊雯瑞

摘要：車聯(lián)網(wǎng)中汽車結(jié)點(diǎn)高速移動性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)性及其他一些特點(diǎn)，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在進(jìn)入市場實(shí)用階段前還需要解決一些技術(shù)上的障礙，安全問題即為其中之一。車聯(lián)網(wǎng)中的安全問題包括但不限于道路信息可靠性判斷、惡意欺騙識別、結(jié)點(diǎn)隱私保護(hù)等方面的內(nèi)容。信任模型作為信任機(jī)制的核心可以有效地度量和評估實(shí)體（包括結(jié)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)發(fā)布的信息等）的可信程度。因此，本文就車聯(lián)網(wǎng)的信任模型展開分析研究。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng);節(jié)點(diǎn);信任模型

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）33-0250-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 車聯(lián)網(wǎng)信任模型研究的目的和意義

隨著科技的發(fā)展，下一個計(jì)算時代的浪潮將發(fā)生在傳統(tǒng)桌面的領(lǐng)域之外。在物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）范疇中，許多圍繞在我們身邊的對象或?qū)⒁粤硪环N形式存在于網(wǎng)絡(luò)上。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通常是指通過嵌入式系統(tǒng)集成每個交互對象，定位的物體或交互過程的各種信息，增加互聯(lián)網(wǎng)的普及性，目的是使各種事物能有在智能空間中操作的虛擬身份，使用智能接口在社會環(huán)境和用戶之間進(jìn)行通信[1]。

隨著世界人口的急劇增加，道路交通每況愈下?；A(chǔ)交通設(shè)施的不足不僅會削弱一個國家的社會福利和經(jīng)濟(jì)建設(shè)，而且會降低一個國家對外國投資者的吸引力。車輛在擁擠的道路上由于長時間的等待，可能導(dǎo)致更多的生態(tài)環(huán)境污染，增加的延誤時間也可能導(dǎo)致人們的情緒憤怒，這些都將會引發(fā)我們不希望看到的更多社會問題。同時因?yàn)槿剂蟽r格飆升和燃料短缺的潛在威脅[2]，現(xiàn)在的交通系統(tǒng)領(lǐng)域面臨很大的挑戰(zhàn)。雖然存在種種不良趨勢，但是技術(shù)的提升卻給交通發(fā)展帶來了新的前景。

中國作為人口最密集的國家之一，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力逐漸增強(qiáng)，汽車保有量的持續(xù)增長，需要考慮到交通安全、出行效率、環(huán)境保護(hù)等問題，可以從供給和需求兩個方面考慮來解決日益嚴(yán)重的交通問題[3]。因此，為了解決人們實(shí)際生活中的交通問題，智能交通系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。智能交通系統(tǒng)（ITS）已經(jīng)成為一種有效的方式，用于提高道路車輛的流動性能以及能源利用率，保障交通出行安全，改善環(huán)境和極大地提高交通運(yùn)輸效率，加強(qiáng)了用戶、車輛、道路三者之間的聯(lián)系及配合協(xié)同[4]。其中應(yīng)用最為廣泛的地區(qū)是日本，在政府的協(xié)調(diào)下工業(yè)和企業(yè)等積極參與和配合。其次是美國、歐洲等地區(qū)，且已經(jīng)在多國的一線城市發(fā)揮巨大作用[5]，智能交通系統(tǒng)的理念與實(shí)施剛好和車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用吻合。

車聯(lián)網(wǎng)利用傳感技術(shù)在一定范圍內(nèi)自動組織形成的結(jié)構(gòu)開放的通信網(wǎng)絡(luò)，車聯(lián)網(wǎng)中包括充當(dāng)移動結(jié)點(diǎn)以及用于的路由器的其他結(jié)點(diǎn)，除了與自組織網(wǎng)絡(luò)的相似性，例如短無線電傳輸范圍，自組織和自管理以及低帶寬，車聯(lián)網(wǎng)和其他類型的自組織網(wǎng)絡(luò)還有其他如下區(qū)別，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高度動態(tài)，實(shí)時處理和自組織以及嚴(yán)格的延遲約束等。車聯(lián)網(wǎng)允許快速移動的車輛實(shí)時交流信息，可以幫助司機(jī)避免任何情況下發(fā)生交通事故，擁堵等等，車聯(lián)網(wǎng)無疑是個潛力巨大的朝陽產(chǎn)業(yè)，但在車聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)發(fā)展方面還需要面對一些挑戰(zhàn)，我國現(xiàn)仍處于被動地位。

車聯(lián)網(wǎng)是車與行人、車輛及基礎(chǔ)設(shè)施間交互通信，并實(shí)現(xiàn)對這些交通對象的管理、監(jiān)控和調(diào)度的功能[6]。雖然車聯(lián)網(wǎng)對可靠性要求極高，但是其通過車輛結(jié)點(diǎn)或路邊單元設(shè)備采集的結(jié)構(gòu)多樣、來源豐富的信息，必然會導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全面臨嚴(yán)重問題。而且，車聯(lián)網(wǎng)本身具有較弱的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊防御能力。因?yàn)檐嚶?lián)網(wǎng)本身是具有開放分布和廣播通信兩個特性的網(wǎng)絡(luò)，本身容易受到各種惡意攻擊。例如黑客可通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)攻擊車聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)娛樂系統(tǒng)，進(jìn)而控制整個車聯(lián)網(wǎng)。如果黑客攻陷車聯(lián)網(wǎng)中的某些結(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送并傳遞虛假、偽造、篡改信息，就會帶來嚴(yán)重的信息安全、隱私安全甚至人身財(cái)產(chǎn)安全隱患。車聯(lián)網(wǎng)依賴于分布的不可信結(jié)點(diǎn)彼此協(xié)作以及結(jié)點(diǎn)與RSU協(xié)作，所以車聯(lián)網(wǎng)具有動態(tài)性、開放性、綁定性、位置精確性和大范圍的資源共享性，但這些特性也給車聯(lián)網(wǎng)的安全帶來了新的挑戰(zhàn)，由此可知，參與其中的用戶，交通對象能夠很好地確認(rèn)相互之間的信任關(guān)系的，可以提高車聯(lián)網(wǎng)信息傳遞的安全性，所以信任機(jī)制的好壞決定車聯(lián)網(wǎng)性能的優(yōu)良。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明，信任管理的基本思想是承認(rèn)系統(tǒng)中安全信息的不完整性，意義在于為具有動態(tài)、分布和開放特性的網(wǎng)絡(luò)提供安全決策框架。通過研究發(fā)現(xiàn)保障車聯(lián)網(wǎng)中感知數(shù)據(jù)處理傳輸?shù)陌踩宰钣行У姆椒ň褪墙⑿湃螜C(jī)制，使車聯(lián)網(wǎng)中的信息安全得到保障，而信任模型是信任機(jī)制的核心內(nèi)容。所以如果當(dāng)某一可信用戶突然出現(xiàn)不合法行為或是某路邊單元發(fā)出錯誤信息，車聯(lián)網(wǎng)中的信任機(jī)制應(yīng)該及時發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對相應(yīng)的惡意行為做出合理的處理，從而減小其對車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)帶來的危害。綜上所述，在保障網(wǎng)絡(luò)安全方面，信任模型能夠通過信息評估很好地反映網(wǎng)絡(luò)狀況。本文希望在了解研究網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各種信任模型的基礎(chǔ)上，可有效地提高信譽(yù)的準(zhǔn)確性，為信譽(yù)的計(jì)算打下基礎(chǔ)，建立良好的安全機(jī)制，促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

2 國內(nèi)外車聯(lián)網(wǎng)信任模型研究分析

通過國內(nèi)外學(xué)者們的共同努力，開展了各種分布式應(yīng)用中動態(tài)信任管理方面的研究工作.他們使用各種不同的數(shù)學(xué)方法和工具建立動態(tài)信任關(guān)系的模型，并取得了一些新的進(jìn)展，但是隨著研究內(nèi)容的逐漸深入，研究工作面臨的問題也就越來越多，下面通過介紹幾個典型的信任模型來分析當(dāng)前該研究領(lǐng)域存在的問題以及今后的研究方向。

2.1 面向?qū)嶓w的信任模型

兩種典型的面向?qū)嶓w的信任模型是Gerlach[7]提出的社會學(xué)信任模型和Minhas[8]等人提出的多維度信任管理模型。社會學(xué)信任模型是根據(jù)信任標(biāo)準(zhǔn)和確定性標(biāo)簽提出的。Gerlach已經(jīng)識別了各種形式的信任，包括這取決于情況的情境信任，取決于同等車輛信任等級的配置信任，取決于基于先前因素的數(shù)據(jù)評價系統(tǒng)和最終的信任形成過程的系統(tǒng)信任。此外，Gerlach等人也提出用于保護(hù)車輛通信和車輛位置隱私保護(hù)模型，但是Gerlach沒有提供關(guān)于如何將不同類型的信任結(jié)合在一起的形式化的架構(gòu)。Minhas等人的多維度的信任管理模型[8]。用基于角色的信任和基于經(jīng)驗(yàn)的信任中的特征作為車輛實(shí)體綜合可信度評價的指標(biāo)。該模型還允許車輛實(shí)體通過向其他實(shí)體發(fā)送請求來主動查詢事件，但是限制接收的報(bào)告的數(shù)量。2hangc9]認(rèn)為，上述兩種信任模型有一些共同的組成部分，例如，情境信任可以與事件/任務(wù)特定的信任相比較，類似地，配置信任可以與經(jīng)驗(yàn)或基于角色的信任相比較。多維度的信任管理的一個問題是，魯棒性尚未被廣泛地解決。

2.2 面向數(shù)據(jù)的信任模型

與傳統(tǒng)的面向?qū)嶓w的信任模型相比，Raya等人[10]提出以數(shù)據(jù)為中心的信任模型。他認(rèn)為面向數(shù)據(jù)的信任可能更適合瞬息的Ad-hoc Networks.例如VANET。在他們的模型中強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的可信度而非實(shí)體本身，定義各種信任度量的先驗(yàn)信任關(guān)系的實(shí)體是一個默認(rèn)的參數(shù)和依賴于屬性關(guān)聯(lián)到一個特定類型的節(jié)點(diǎn)。使用推理DempsteI-Shafer理論，將特定事件的多重證據(jù)放入特定的車載應(yīng)用中。最后決策的邏輯輸出表明消息級別，用于判斷消息的可信性。2hangc9]認(rèn)為他們工作的缺點(diǎn)之一是信任關(guān)系在實(shí)體中不能一直存在，只有對數(shù)據(jù)的短暫信任建立，并且因?yàn)槭腔诿總€事件的基礎(chǔ)，它需要為每個事件一次又一次地建立。在數(shù)據(jù)稀疏的情況下他們的模型將不會表現(xiàn)良好。Golle等人[11]旨在解決檢測和校正網(wǎng)絡(luò)惡意數(shù)據(jù)的問題。他們的方法的關(guān)鍵假設(shè)是在每個節(jié)點(diǎn)維護(hù)車載網(wǎng)絡(luò)模型。該模型包含一個特定的節(jié)點(diǎn)對車載網(wǎng)絡(luò)擁有的所有知識。然后將得到的信息用來評估同樣的車載網(wǎng)絡(luò)模型。如果獲取的數(shù)據(jù)與模型有較高的匹配，那么其他模型將收到這個有效數(shù)據(jù)。然而，萬一收到的數(shù)據(jù)與模型不匹配，同等級的模型依賴于一個啟發(fā)式，試圖恢復(fù)一致性找到最簡單的解釋，也排名各種解釋。與最高級別解釋一致的數(shù)據(jù)被節(jié)點(diǎn)接受。這種方法的主要優(yōu)勢在于它可以提供安全保障，防止對手可能串通網(wǎng)絡(luò)高度信任的成員來傳播惡意數(shù)據(jù)。然而，這種方法的一個強(qiáng)有力的假設(shè)是，每個車輛都有全球知識的網(wǎng)絡(luò)，并單獨(dú)評估數(shù)據(jù)的有效性，這在實(shí)踐中可能是不可行的。

2.3 綜合信任模型

Dotzer等人[12]提出分布式聲譽(yù)系統(tǒng)。提出了意見反饋的想法，要求每個節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，添加自己對該數(shù)據(jù)的意見。節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)之后，通過對間接信任、直接信任，發(fā)送者的聲譽(yù)級別和面向地理情境的聲譽(yù)級別的融合，得到對于數(shù)據(jù)的意見。但是有一個問題是Dotzer等人并未給出詳細(xì)完整的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，雖然他們提到，基于發(fā)件人的信譽(yù)信息管理，他們沒有描述它的形式化或如何聲譽(yù)信息可以更新。關(guān)于一個更重要的問題這種方法是它反復(fù)使用來自不同的節(jié)點(diǎn)的意見，即先前的節(jié)點(diǎn)的意見通過其他節(jié)點(diǎn)可能對后續(xù)節(jié)點(diǎn)有影響。Pat-wardhan等人[13]提出了一種方法節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)由發(fā)送的有效性數(shù)據(jù)驗(yàn)證確定。該方法，確定幾個權(quán)威節(jié)點(diǎn)，被假定為是有預(yù)先認(rèn)證能力的，因此它們提供的數(shù)據(jù)被視為值得信賴。數(shù)據(jù)可以通過對周圍節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)議或直接與權(quán)威節(jié)點(diǎn)通信來驗(yàn)證。這個方法的一個問題是，它確定多數(shù)共識不使用周圍同行節(jié)點(diǎn)的聲譽(yù)。只有當(dāng)有足夠數(shù)量的報(bào)告相同的事件才能提供大多數(shù)共識的工作。但是，該方法只被動等待其他周圍同行的報(bào)告。Chen等人提出基于信任的消息傳播和車輛自組網(wǎng)絡(luò)的評估框架[14]即對同等的車輛共享關(guān)于道路狀況或安全性的信息和其他人提供關(guān)于信息是否可以信任的意見?；谛湃蔚南⒃u估模型是允許同等的車輛評估分布式的信息和考慮他人意見的合作方式。該模型被證明可以提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和系統(tǒng)有效性的信息評估普遍存在虛假信息。

總而言之，考慮信任模型在合理性、完整性以及可操作性等方面的要求，現(xiàn)有的模型還存在很多不足之處，首先，高動態(tài)使得車輛很難評估實(shí)時接收數(shù)據(jù)的可靠性或車輛的可信性。其次，非公開性的特點(diǎn)使其很難收集足夠的車輛信息來評價和建立車輛之間長期穩(wěn)定的關(guān)系?，F(xiàn)有的模型還不能很好地應(yīng)對處理，但隨著應(yīng)用的需要和問題的發(fā)現(xiàn)，信任模型將會進(jìn)一步完善。

3 信任模型的研究總結(jié)

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，車輛運(yùn)行系統(tǒng)是一個復(fù)雜且不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。由于自私等原因，一個節(jié)點(diǎn)可能無法正常運(yùn)作，不會在所有的時間發(fā)送正確的信息。同時許多惡意節(jié)點(diǎn)開始將攻擊目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾湃喂芾硐到y(tǒng)本身，可能會產(chǎn)生不實(shí)評價和虛假信息。所以比知道相應(yīng)發(fā)送者的權(quán)威性更重要的是消息的正確性。換句話說，更重要的是車輛通過收到的信息和發(fā)送者的信譽(yù)來評估是否信任，對信息做出有效的決策。如果信任模型不能有效抵御各種惡意攻擊，信任管理系統(tǒng)作為VANETs安全基礎(chǔ)的作用將大大削弱。信任管理系統(tǒng)的核心是信任模型，因此，車聯(lián)網(wǎng)信任模型的構(gòu)建具有重要意義。

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作者簡介：嚴(yán)雪梅（1992-），女，江蘇揚(yáng)州人，助教，碩士，網(wǎng)絡(luò)安全;彭海靜（1979-），男，江蘇泰州人，副教授，碩士，信息管理與信息系統(tǒng);楊雯瑞（1991-），女，江蘇泰州人，助教，碩士，倫理學(xué)。