交通信号机的无线通信安全性研究

摘要

随着社会和经济的发展，交通拥堵问题日趋严重。智能交通系统是解决交通问题的重要手段，交通信号机是智能交通系统的重要组成部分。支持无线通信是交通信号机的发展趋势，但同时也存在着安全隐患。针对交通信号机无线通信面临的安全问题，本文搭建基于龙芯处理器的信号机系统平台，设计了相应的安全通信方案。
　　本文主要的研究内容如下:
　　(1)设计无线安全通信方案。分析信号机系统GPRS无线通信面临的问题，指出数据加密的必要性。针对信号机应用需求，结合现有安全通信方案特点，采用共享密钥取代第三方服务器结构，设计了简洁安全的无线通信方案。该方案采用AES和ECDSA算法。针对AES密钥扩展算法存在薄弱性，提出了改进方案以提高算法抵御攻击能力。
　　(2)交通信号机平台搭建。在实验室的已有工作的基础上，设计基于龙芯处理器的信号机架构。完成了系统中的龙芯主控模块和车辆检测器模块的软硬件设计，以及信号机系统内部的CAN通信协议和应用层逻辑设计。
　　(3)安全通信方案实现及分析。考虑到无线通信系统数据传输和系统通信报文的特点，在信号机上实现设计的通信方案并分析方案的安全性，包括签名过程和数据传输过程的安全，数据传输面临分组密码攻击分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外相关研究进展

1．2．1 信号机技术的国内外发展状况

1．2．2 无线通信安全的国内外研究状况

1．3 研究目标与内容

1．4 论文组织结构

第2章 相关加密理论

2．1 AES算法

2．1．1 数学基础

2．1．2 算法描述

2．2 ECDSA算法

2．2．1 数学基础

2．2．2 算法描述

第3章 无线安全通信方案设计

3．1 信号机无线通信分析

3．1．1 数据传输

3．1．2 通信安全性分析

3．2 无线安全通信方案设计

3．3 AES密钥扩展算法改进

3．3．1 算法改进

3．3．2 实验分析

3．4 本章小结

第4章 信号机平台搭建

4．1 交通信号机系统

4．1．1 基于龙芯处理器的交通信号机系统框架

4．1．2 实验室已有工作基础

4．2 硬件设计

4．2．1 龙芯主控模块

4．2．2 车辆检测器模块

4．3 软件设计

4．3．1 底层驱动

4．3．2 CAN通信协议设计

4．3．3 应用层设计

4．5 本章小结

第5章 无线安全通信方案实现及分析

5．1 方案实现

5．1．1 数据传输特点

5．1．2 报文数据特点

5．1．3 系统实现

5．2 方案分析

5．2．1 安全方案分析

5．2．2 通信数据分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 下一步工作和展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果