[논문 리뷰] An Efficient Anonymous Authentication Scheme for Internet of Vehicles

Jingwei Liu, Qingqing Li외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 08.

User Authentication and Security Systems참고 문헌 21인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 조건부 익명성, 추적 가능성, 낮은 계산 오버헤드를 보장하는 인증서 기반 단축 서명(Certificateless Short Signature, CLSS) 기반의 인터넷 오브 차이스(IoV)를 위한 익명 상호 인증 기반 기술을 제안한다. CLSS를 지역 기반 RSU 관리 전략과 융합함으로써, 차량과 도로변 단말기 사이의 효율적이고 안전하며 프라이버시를 보장하는 상호 인증을 실현하였으며, 기존 기술들에 비해 계산 효율성과 확장성에서 뛰어난 성능을 발휘한다.

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.

연구 동기 및 목표

• IoV 환경에서 안전하고 프라이버시를 보장하며 효율적인 상호 인증이 요구되는 핵심 문제를 해결하기 위해.
• 차량 네트워크에서 사용자 익명성과 추적 가능성 간의 갈등을 해결하기 위해.
• 자원 제약이 있는 IoV 기기들을 위한 인증 프로토콜에서의 계산 오버헤드를 줄이기 위해.
• 지역 기반 도로변 단말기(RSU) 협업을 통해 확장성 있고 효율적인 검증을 가능하게 하기 위해.
• 랜덤 오ракulum 모델에서 증명 가능성이 있는 보안을 갖춘 인증서 기반 단축 서명 기반 기술(CLSS)을 설계하기 위해.

제안 방법

• 새로운 인증서 기반 단축 서명(CLSS) 기반 기술을 설계하고, 랜덤 오라클 모델에서 적응형 선택 메시지 공격에 대한 존재적 불가역성(Existential Unforgeability)을 증명한다.
• 동일 지리적 지역 내 RSU들이 협력하여 차량 신원을 검증하는 지역 기반 관리 전략을 도입함으로써 개별 RSU의 부담을 감소시킨다.
• 차량의 실제 신원이 무작위화를 통해 숨겨지는 허위 신원 기반 신원 기반 기술을 사용하여 조건부 익명성을 확보한다.
• 효율적인 서명 및 검증 연산을 위해 타원 곡선 군에서 이중선형 페어링과 스칼라 곱셈을 활용한다.
• 차량의 실제 신원과 RSU 신원의 해시를 통해 세션 키를 구성함으로써 안전한 키 교환을 보장한다.
• 재생 공격을 방지하고 메시지의 신선성을 확보하기 위해 시간 스탬프가 부여된 메시지를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 악성 차량의 추적 가능성을 유지하면서도 IoV 인증 환경에서 조건부 익명성을 달성할 수 있는가?
• RQ2 자원 제약이 있는 차량 환경에서 안전한 상호 인증을 위한 최소한의 계산 오버헤드는 얼마인가?
• RQ3 지역 내 RSU들이 어떻게 협업하여 확장성 향상과 검증 부하 감소를 달성할 수 있는가?
• RQ4 강력한 보안 보장을 갖추고 동시에 낮은 계산 비용을 제공하는 인증서 기반 단축 서명 기반 기술을 IoV 응용에 적합하게 설계할 수 있는가?
• RQ5 제안된 기술이 기존 기술들에 비해 서명 및 검증 시간 측면에서 성능적으로 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 제안된 CLSS 기반 기술은 랜덤 오라클 모델에서 적응형 선택 메시지 공격에 대해 존재적 불가역성을 갖춘다.
• 비교 대상 기술들 중에서 가장 낮은 계산 오버헤드를 기록하였으며, 서명에는 단지 2회의 스칼라 곱셈, 검증에는 1회의 페어링과 3회의 곱셈만 필요로 한다.
• 성능 평가 결과, 제안된 기술은 서명 및 검증 시간이 가장 빠르며, 차량 수가 증가함에 따라 검증 시간의 증가 폭이 다른 기술들보다 더 느리게 증가한다.
• 시험 환경에서 다음으로 효율적인 기술(HHC)에 비해 총 시간 소비를 최대 40% 감소시킨다.
• 지역 기반 RSU 협업 전략은 고밀도 차량 환경에서 더 빠른 검증을 가능하게 하여 밀도가 높은 IoV 시나리오에서의 확장성을 향상시킨다.
• 통신 오버헤드는 계산 오버헤드에 비해 무시할 만큼 작기 때문에, 기술의 효율성은 주로 암호 연산에 의해 결정된다.