[論文レビュー] An Efficient Anonymous Authentication Scheme for Internet of Vehicles

Jingwei Liu, Qingqing Li+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2018

User Authentication and Security Systems参考文献 21被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、条件付き匿名性、追跡可能性、低計算コストを保証する、証明書なし短時間署名（CLSS）に基づく、インテอรnet・オブ・ビークルズ（IoV）向けの匿名相互認証方式を提案する。CLSSと地域的RSU管理戦略を統合することで、車両とレーンサイドユニット（RSU）間の効率的で安全かつプライバシー保護型の相互認証を実現し、計算効率とスケーラビリティにおいて既存の方式を上回る性能を発揮する。

ABSTRACT

Internet of Vehicles (IoV) is an intelligent application of IoT in smart transportation, which can make intelligent decisions for passengers. It has drawn extensive attention to improve traffic safety and efficiency and create a more comfortable driving and riding environment. Vehicular cloud computing is a variant of mobile cloud computing, which can process local information quickly. The cooperation of the Internet and vehicular cloud can make the communication more efficient in IoV. In this paper, we mainly focus on the secure communication between vehicles and roadside units. We first propose a new certificateless short signature scheme (CLSS) and prove the unforgeability of it in random oracle model. Then, by combining CLSS and a regional management strategy we design an efficient anonymous mutual quick authentication scheme for IoV. Additionally, the quantitative performance analysis shows that the proposed scheme achieves higher efficiency in terms of interaction between vehicles and roadside units compared with other existing schemes.

研究の動機と目的

• IoV環境における安全でプライバシー保護型かつ効率的な相互認証の重要なニーズに対処すること。
• 車両ネットワークにおけるユーザー匿名性と追跡可能性の両立の矛盾を解消すること。
• リソース制約のあるIoVデバイス向け認証プロトコルにおける計算コストを低減すること。
• 地域的レーンサイドユニット（RSU）協力によるスケーラブルで効率的な検証を可能にすること。
• ランダムオракルモデルにおいて証明可能かつ高いセキュリティを有する、証明書なし短時間署名方式（CLSS）を設計すること。

提案手法

• 新しい証明書なし短時間署名（CLSS）方式を設計し、ランダムオラクルモデルにおいて適応的選択メッセージ改ざん攻撃に対して存在的 forgery が不可能であることを証明する。
• 同じ地理的領域に位置するRSUが協力して車両の身元を検証する地域管理戦略を導入し、個々のRSUの負荷を軽減する。
• 車両の本物の身元がランダマイズによって隠される擬似名ベースの身元メカニズムを採用し、条件付き匿名性を確保する。
• 効率的な署名および検証操作を実現するために、楕円曲線群における双線形ペアリングとスカラ乗算を採用する。
• 車両の本物の身元とRSUの身元のハッシュ値をセッション鍵として構築し、安全な鍵交換を実現する。
• 再送攻撃を防止し、メッセージの新鮮さを保証するために、タイムスタンプ付きメッセージを組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 悪意ある車両の追跡を可能にしつつ、IoV認証において条件付き匿名性をどのように達成できるか？
• RQ2 リソース制約のある車両環境における安全な相互認証に必要な最小限の計算コストは何か？
• RQ3 地域に属するRSUがどのように協力することでスケーラビリティを向上させ、検証負荷を軽減できるか？
• RQ4 強固なセキュリティ保証と低コストを備えた証明書なし短時間署名方式をIoV用途に設計可能か？
• RQ5 提案方式は、従来の方式と比較して署名時間および検証時間の面でどの程度性能に優れているか？

主な発見

• 提案されたCLSS方式は、ランダムオラクルモデルにおいて適応的選択メッセージ改ざん攻撃に対して存在的に改ざん不可能である。
• 比較対象方式の中で最も低い計算コストを達成しており、署名にはわずか2回のスカラ乗算、検証には1回のペアリングと3回の乗算で十分である。
• 性能評価の結果、提案方式は最も短い署名時間および検証時間を達成しており、車両数の増加に伴って検証時間の増加割合が他の方式よりも小さいことが判明した。
• テスト環境において、次に効率の良い方式（HHC）と比較して、合計時間消費量を最大40％まで削減できた。
• 地域的RSU協力戦略により、車両密度が高い状況下でも検証が高速化され、高密度IoVシナリオにおけるスケーラビリティが向上した。
• 通信コストは計算コストに比べて無視できるほど小さいため、方式の効率性は主に暗号操作に依存している。