车载自组织网络安全路由协议SCAR的研究

摘要

车载自组织网络(VANET：vehicle Ad Hoc Networks)是一种车辆之间、车辆与路边基站之间通信的移动自组织网络(MANET：Mobile Ad Hoc Networks)，随着经济的发展，交通工具的使用量也与日俱增，所以智能交通系统是当前移动自组网应用最为广泛的领域之一。由于车载自组网节点移动速度快、网络拓扑变化频繁、节点之间是对等的、网络的自组织等特点，决定了车载自组网不同于其他的移动自组网络。所以，如何设计一种路由协议可以保障信息实时可靠地传输，是车载自组网的研究难点。在车载网应用中，基于拓扑的路由算法会出现报文延时和大量包丢失的现象；基于地理位置的路由算法更适应于网络拓扑变化频繁的场景，所以比较适合于车载自组网络。
　　 本文在CAR(Connectivity Aware Routing)协议的基础上进行改进，提出了一个新的安全车载自组网路由协议SCAR(security Connectivity Aware Routing)，该协议改进了CAR的安全缺陷，为CAR增加了消息认证功能。其中使用了新的签名认证算法hcsrTesla，该算法在TESLA的基础上，加入哈希链自我更新算法。该算法可以为车载网提供源认证，能够抵抗车载网中针对路由的主动攻击。针对SCAR协议，采用NS2对其进行仿真测试，并编写perl分析程序对跟踪文件进行分析，计算报文传输的平均时延、报文的接收率。基于NS2的仿真实验表明，当存在网络攻击的情况下，SCAR协议可以抵御源攻击，保证路由的正确性，让报文传输接收率维持在一个较高的水平。
　　 本研究创新之处主要有以下三个方面：⑴分析比较了车载网安全签名算法，TESLA签名算法认证时间短的优点更适合于车载自组网。针对TESLA算法中哈希链会耗尽的缺陷，提出一种新的基于可自更新哈希链的算法：hcsrTesla。⑵分析了CAR协议的实用性和安全问题，针对CAR协议存在安全缺陷，本文在hcsrTesla签名算法的基础上提出一种安全车载网路由协议SCAR，新协议利用源认证算法，可以防止车载网中的黑洞等主动攻击，可以保证源消息的真实性和完整性。⑶在Linux系统中，使用NS2仿真平台，对CAR路由协议以及SCAR路由协议进行了仿真测试，并且对其性能进行了对比。SCAR协议可以为系统提供安全性，保证路由传输中数据报文的正确性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究及应用现状

1.2.1 国外发展及研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 主要研究内容及论文安排

第2章 背景知识

2.1 无线移动自组网概述

2.1.1 无线移动自组网的发展

2.1.2 无线移动自组网体系结构

2.1.3 无线移动自组网路由协议

2.2 车载自组织网络

2.2.1 车载自组网体系结构

2.2.2 车载自组织网络特点

2.2.3 车载自组织网络相关技术

2.3 车载网路由协议

2.4 CAR

2.5 车载网签名认证方法

2.6 Tesla简述

2.7 哈希链自我更新算法

2.8 网络仿真工具

2.8.1 NS2

2.8.2 其它仿真工具

2.8.3 VanetMobiSim

2.9 本章小结

第3章 hcsrTesla安全签名算法

3.1 引言

3.2 hcsrTesla算法流程

3.3 hcsrTesla算法安全性分析

3.4 本章小结

第4章 车载网安全路由协议SCAR

4.1 引言

4.2 SCAR协议报文格式

4.3 SCAR协议流程

4.4 本章小结

第5章 网络性能仿真分析

5.1 引言

5.2 网络性能仿真

5.2.1 仿真环境

5.2.2 移动节点场景设置

5.2.3 创建CBR数据流场景

5.2.4 TCL文件

5.2.5 仿真测试生成仿真结果文件

5.3 仿真结果与分析

5.3.1 perl程序分析结果trace文件

5.3.2 Gnuplot绘图工具画图

5.4 SCAR协议分析

5.5 本章小结

第6章 结论

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间公开发表的论文