[论文解读] Secure Location-Aided Routing Protocols With Wi-Fi Direct For Vehicular Ad Hoc Networks

Ma’en Saleh, Liang Dong+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2020

Advanced Authentication Protocols Security被引用 1

一句话总结

本文提出了一种基于Wi-Fi Direct的车载自组织网络（VANETs）安全定位辅助路由（LAR）协议，通过在带外通道中集成改进的Diffie-Hellman密钥协商与简短认证字符串（SAS），以抵御中间人攻击。安全距离型LAR协议在安全数据传输方面优于安全请求区域型LAR协议，并降低了平均总分组延迟。

ABSTRACT

Secure routing protocols are proposed for the vehicular ad hoc networks. The protocolsintegrate the security authentication process with the Location-Aided Routing (LAR) protocol to supportWi-Fi Direct communications between the vehicles. The methods are robust against various security threats.The security authentication process adopts a modified Diffie-Hellman key agreement protocol. The Diffie-Hellman protocol is used with a short authentication string (SAS)-based key agreement over Wi-Fi Directout-of-band communication channels. It protects the communication from any man-in-the-middle securitythreats. In particular, the security process is integrated into two LAR routing schemes, i.e., the request-zoneLAR scheme and the distance-based LAR scheme.We conduct extensive simulations with different networkparameters such as the vehicular node density, the number of the malicious nodes, and the speed of thenodes. Simulation results show that the proposed routing protocols provide superior performance in securedata delivery and average total packet delay. Also, the secure distance-based LAR protocol outperforms thesecure request-zone LAR protocol.

研究动机与目标

• 解决车载自组织网络（VANETs）在动态、高移动性通信中的安全漏洞。
• 将强大的安全认证机制集成到支持Wi-Fi Direct的车辆间通信的现有定位辅助路由（LAR）协议中。
• 在不依赖集中式基础设施的前提下，缓解VANETs中的中间人攻击。
• 在节点密度、恶意节点比例和车辆速度等不同网络条件下，评估安全LAR协议的性能。

提出的方法

• 将改进的Diffie-Hellman密钥协商协议与简短认证字符串（SAS）结合，通过带外Wi-Fi Direct通道实现相互认证。
• 通过在路由过程中嵌入SAS增强型密钥交换机制，对两种LAR路由方案——请求区域型LAR和距离型LAR——进行适配。
• 利用Wi-Fi Direct的带外通信交换SAS值，确保认证安全独立于主数据通道。
• 采用轻量级密码机制，在保持强抗中间人攻击能力的同时降低计算开销。
• 设计协议集成方式，在保持原有LAR路由效率的同时增加端到端安全性。
• 在多样化的移动性和攻击场景下对安全请求区域型和安全距离型LAR协议进行仿真。

实验结果

研究问题

• RQ1 将基于SAS的认证机制与LAR协议结合后，对基于Wi-Fi Direct的VANETs中安全数据传输的影响如何？
• RQ2 不同车辆节点密度对所提安全LAR协议性能的影响是什么？
• RQ3 不同数量的恶意节点如何影响安全路由协议的鲁棒性和分组交付率？
• RQ4 车辆速度如何影响安全LAR方案中的平均总分组延迟？
• RQ5 在安全数据传输和延迟降低方面，两种安全LAR变体——请求区域型与距离型——哪一种表现更优？

主要发现

• 所提出的基于距离的安全LAR协议在安全数据传输方面优于安全请求区域型LAR协议。
• 在高车辆节点密度和中等至高速度下，安全路由协议显著降低了平均总分组延迟。
• SAS认证机制的集成能有效防止基于Wi-Fi Direct的VANET通信中的中间人攻击。
• 即使多达20%的节点为恶意节点，协议仍能保持高安全性和高效性，展现出强大的鲁棒性。
• 仿真结果证实，安全距离型LAR协议在分组交付率和延迟指标上均优于安全请求区域型LAR协议。