基本合作认证方案-车载ad hoc网络的安全性与隐私保

考虑某小区内有x辆车，它们彼此之间能够直接进行通信，有y条消息提供给这些车辆，每条消息包含一个唯一的索引，并附加有一个签名。这x辆车需要通过验证附加在消息上的签名来认证这y条消息。C_v表示验证一个签名的成本，C_s表示产生一个签名的成本。下面将分别分析非合作式认证的情况和合作式认证的情况。

非合作情况：车辆不在消息认证上进行合作。它们各自独立地验证y个签名。每台车的验证成本为，所有x辆车的总验证成本为x×y×C_v。

合作情况：x辆车合作认证y个签名。车辆v_i的合作策略可以描述如下：

1）基于（x，y），车辆v_i随机选择签名并认证v_x，y，其中0≤v_x，y≤y。这些签名用（s_i，1…，s_i，v_x，y）表示，相应的消息由（m_i，1，…，m_i，v_x，y）表示。

2）用户v_i对消息m_i，c＝（m_i，1，pid_i，1）‖…‖（m_i，v_x，y，pid_i，v_x，y）生成一个集成签名s_i，c，然后将（m_i，c，s_i，c）与原始消息的索引一起发送给邻近的车辆。

3）用户v_i认证其他用户的集成签名。

4）用户v_i认证那些没有被集成签名所覆盖的其余签名。

在步骤1）和2）中，车辆v_i做v_x，y认证并生成一个签名。认证开销在这两个阶段并没有减少。然而，在第3）步，对剩余的y－v_x，y个签名，车辆v_i并不需要做y－v_x，y个认证。相反，它验证集成签名，每个覆盖多个原始签名。这里认为所有的车辆在步骤1选择相同的值v_x，y，并且每台车辆验证所有的集成签名。每台车的认证开销为；所有车辆的总开销为x×［（x－1＋v_x，y）×C_v＋C_s］。(www.xing528.com)

图7-1显示了在消息验证中合作的好处，其中x＝10的用户拥有y＝100个普通消息—签名对。已经被一辆车验证的消息的数量用被车辆执行的认证数量来表述。圆和加号线表示合作／非合作认证的性能。阴影区域显示了通过合作认证可以获得的利益。例如：如果一辆车以非合作方式验证39个签名，则它获得了39条认证的消息；如果一辆车通过以上介绍的合作认证了（30＋9）个签名，则它将接收87条验证了的消息。由此可以看出，车辆可以通过验证9个集成签名而获得较大的好处。就v_x，y而言，方块线表示已经被集成签名覆盖的原始签名的数量。

图7-1 合作的收益

当每辆车希望验证所有y个消息，通过运行一个100000轮的仿真以获得最佳的ρ＝v_x，y，以便各车辆能维持一个最小的认证开销。本书选择x＝2，4，6，8，10，15，20和y＝100。每辆车的开销为f（ρ）＝（x－1＋ρ＋100－cρ）×C_v＋C_s，其中cρ是涵盖所有集成签名的原始签名的数量。值得注意的是，（x－1）×C_v是用于验证集成签名的开销。图7-2显示了仿真结果。7.6节将采用该结果进行性能分析。

图7-2 原始签名的优化数量