在车载自组织网络（VANET）中，车辆之间相互通信，每条消息都必须经过验证，以防止恶意干扰。传统的认证方法对每辆车进行单独验证，导致显著的延迟。为解决这一问题，本研究提出了一种结合批量认证与传递认证的认证机制。
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在车载自组织网络（VANET）中，车辆之间相互通信，每条消息都必须经过验证，以防止恶意干扰。传统的认证方法对每辆车进行单独验证，导致显著的延迟。为解决这一问题，本研究提出了一种结合批量认证与传递认证的认证机制。
车载自组织网络（VANETs）需要安全、高效且可扩展的认证机制，以确保车辆与路侧单元（RSUs）之间的信任关系。传统的点对点认证方法通常导致较高的通信和计算开销，难以适用于大规模的车载环境，从而引发安全性的通信拥堵，使认证过程效率低下，无法满足实时安全应用的需求。为解决这一问题，本研究提出了一种轻量级认证协议，支持批量认证和转移认证，能够同时对多辆车辆进行认证，并允许在不同路侧单元之间转移认证有效性，而无需重新执行完整的认证流程。在批量认证中，一个路侧单元可同时验证一组车辆，而非逐个验证，类似于安保人员一次性批准整辆巴士上已预先核实的乘客，从而显著减少交叉路口或收费站的延迟。在转移认证中，当车辆从一个路侧单元的覆盖区域移动到另一个区域时，验证数据将被安全地传递，实现无缝衔接而无需重启认证过程，类似于音乐节腕带允许参与者在不同舞台间自由通行而无需重复检查。该方案利用切比雪夫多项式的数学特性，在降低开销的同时提供强安全性。性能分析表明，所提出的方法通信开销仅为42n字节，且计算复杂度显著低于现有方案。该方法增强了可扩展性，减少了消息交换量，并能有效抵御常见攻击，适用于实时车载通信场景。总体而言，该新型协议通过降低数据开销、加速认证过程并高效管理高密度交通流量，提升了VANETs的实用性，为未来智能交通系统提供了一种安全且可扩展的解决方案。
车载自组织网络（VANETs）使车辆能够相互通信（车对车通信，V2V）以及与路侧基础设施通信（车对基础设施通信，V2I），从而提高交通的安全性和效率。在这种开放的无线环境中，任何车辆都可以广播安全消息（例如事故警告或交通更新）；因此，强大的 认证 机制对于确保消息来源于合法设备至关重要。同时，VANETs 对性能有严格要求，车辆以高频率交换消息（通常为每秒10条消息），每条消息的验证必须在几毫秒内完成，以便为下一条消息的到来做好准备。传统的公钥认证方法，如WAVE/IEEE 1609.2标准中采用的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）数字签名，会带来显著的计算和通信开销。对每条消息单独验证ECDSA签名或管理公钥证书，可能使资源受限的车载单元（OBU）不堪重负，并在多条消息并发到达时造成不可接受的延迟。此外，车辆频繁更换接入点（从一个路侧单元（RSU）移动到另一个），需要重复进行认证或握手过程，这将进一步增加延迟。
<....| 信道 | 频率范围 (GHz) | 优先级 | 主要功能 |
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初步工作
系统模型：车联网（VANET）系统包含三种主要实体类型：可信权威机构（TA）、路侧单元（RSUs）以及配备车载单元（OBUs）的车辆。TA 负责系统的初始化、密钥管理以及必要的撤销操作，是系统的核心。TA 具有完全可信性，通常由政府或基础设施管理部门控制。每个 RSU 是沿道路部署的固定单元，用于提供通信基础设施。在本模型中，假设 RSU 通过安全骨干网络（例如光纤或安全网络）与 TA 相连，从而可根据需要与 TA 进行信息的发送与接收。车辆配备的 OBU 支持车对车（V2V）和车对基础设施（V2I）通信。本研究假设 OBU 配备防篡改设备（TPD）或安全硬件模块，能够在隔离环境中存储加密密钥并执行加密操作，从而保护长期密钥免受物理攻击的威胁。
通信模型：车辆通过无线信道（例如 IEEE 802.11p 或 C-V2X PC5）周期性地广播单跳消息（如基本安全消息），这些消息可被范围内的其他车辆和路侧单元（RSU）接收。接收方必须对这些消息进行认证，以确保其有效性。路侧单元（RSU）也通过车对基础设施（V2I）通信向车辆周期性地发送信息（如交通信号和警告）。本研究主要关注车对基础设施（V2I）消息的认证。这意味着当车辆进入 RSU 覆盖区域时，由 RSU 通过批量认证方式对车辆进行认证。车对车（V2V）认证可通过车辆采用相同的签名方案来实现，类似地进行处理；然而，批量验证在 R....
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安全分析
非正式安全分析
身份伪造攻击：攻击者可能试图伪造合法车辆 ui 或路侧单元（RSU），以获得未授权访问或破坏认证过程，但由于现有强大的安全机制，此类伪造在计算上是不可行的。每辆车辆和每个路侧单元均采用基于切比雪夫多项式的签名机制，利用各自的私钥（vi, ri）和公钥（TPKRi(x)）生成认证令牌。对于车辆，令牌 αi = H(DIDui||Tvi(Tb(x))||TSi) 包含车辆特有的密钥参数，其在可信权威机构（TA）处的验证需计算 αi* = H(DIDui||Tvi(T
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所提出的批量与转发认证方案通过克服传统一对一验证的局限性，显著提升了车载自组织网络（VANET）的性能。通过批量认证，多个车辆可由路侧单元（RSU）同时进行认证，从而降低计算和通信开销，实现在交通密集条件下的高效大规模运行。该机制确保了更快速的认证周期和更优的带宽利用，适用于对速度与可靠性均有高要求的实时车载网络。
此外，通过允许车辆在路侧单元（RSU）之间携带已验证的凭证进行转移，转移认证实现了无缝移动，最大限度地减少了重新认证的延迟，并维持了持续的安全通信9。该方案采用基于切比雪夫多项式的密码学函数，在计算上轻量的同时，能够有效抵御重放攻击和冒充攻击等安全威胁，实现强大的防护能力。在延迟、可扩展性和吞吐量方面的改进，符合智能交通系统的发展愿景。未来若与区块链或边缘计算技术集成，可进一步实现信任管理的去中心化，并增强该框架在动态交通与网络环境下的韧性。
该方案利用切比雪夫多项式的数学特性，在车载自组织网络（VANETs）中成功实现了批认证与移交认证，确保了轻量级计算、降低通信开.......
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作者声明，本研究不存在任何需要报告的利益冲突或经济利益。作者声明，不存在已知的竞争性商业目标或私人关系可能影响本文所述任何内容。
我们衷心感谢我的导师Azees Maria博士在整个研究过程中提供的专业指导、建设性意见和持续不断的鼓励。感谢VIT-AP大学提供的支持与设施。同时感谢匿名评审专家提出的宝贵建议，这些建议显著提升了论文的质量。本研究未从公共、商业或非营利机构的资助方获得任何专项经费支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 组件 | 规格/详细信息 | ||
| 批次大小 (n) | 10 至 100 辆车辆 | ||
| 比较方案 | [20],[21],[22]（来自文献的解析方法） | ||
| 密码学原语 | 切比雪夫多项式（自定义递归实现）、SHA-256 哈希 | ||
| 硬件平台 | Intel Core i7 处理器，16 GB 内存，Windows 11（或您指定的操作系统） | ||
| 关键库 | hashlib（用于 SHA-256）、time（用于测量）、内置数学运算 | ||
| 测量方法 | 使用 time 模块对 1000 次迭代取平均执行时间 | ||
| 素数模数 (p) | 256–512 位（测试时使用较小值如 7919；安全分析时按比例放大） | ||
| 编程语言 | Python 3.10 | ||
| 仿真类型 | 密码操作计时（未使用网络仿真器） |
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