Улучшенный протокол аутентификации беспилотных транспортных средств, использующий алгоритм Диффи–Хэллмана

   Аутентификация является критически важной задачей в автономных транспортных средствах, особенно в сетях контроллеров, которые подвержены различным киберугрозам. Существующие протоколы часто не обеспечивают надлежащий баланс между высокими гарантиями безопасности, вычислительной эффективностью и защитой конфиденциальности. В работе предлагается облегченный протокол аутентификации, основанный на предположении о сложности решения задачи Диффи–Хеллмана, специально разработанный для сети контроллеров. Протокол использует простые криптографические операции для проверки подлинности транспортного средства и подтверждения достоверности передаваемых данных, при этом поддерживая анонимность за счет регулярного обновления идентификаторов входа. Также поддерживается смена пароля без необходимости в доверенном третьем лице. Безопасность протокола формально подтверждена с использованием логики Берроуза–Абади–Нидхема. Оценка производительности показывает, что предложенный подход значительно снижает вычислительные затраты, достигая времени выполнения 0,90908 мс, что превосходит существующие решения, представленные в подобных научных работах. Благодаря сочетанию формальной верификации и практической эффективности, предлагаемый протокол представляет собой надежное решение для безопасной и эффективной аутентификации в условиях ограниченных ресурсов транспортных сетей. Простая структура и механизмы сохранения анонимности делают предлагаемый протокол особенно подходящим для приложений в реальном времени в автономных транспортных системах.

1. Miller J. Vehicle-to-vehicle-to-infrastructure (V2V2I) intelligent transportation system architecture // Proc. of the IEEE Intelligent Vehicles Symposium. 2008. P. 715–720. doi: 10.1109/ivs.2008.4621301

2. Bagga P., Das A.K., Wazid M., Rodrigues J.J.P.C., Park Y. Authentication protocols in Internet of Vehicles: taxonomy, analysis, and challenges // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 54314–54344. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2981397

3. Cheng X., Yang L., Shen X. D2D for intelligent transportation systems: a feasibility study // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2015. V. 16. N 4. P. 1784–1793. doi: 10.1109/TITS.2014.2377074

4. Lo N.-W., Tsai J.-L. An efficient conditional privacy-preserving authentication scheme for vehicular sensor networks without pairings // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2016. V. 17. N 5. P. 1319–1328. doi: 10.1109/TITS.2015.2502322

5. Nandy T., Idris M.Y.I., Noor R.M., Wahab A.W.A., Bhattacharyya S., Kolandaisamy R., Yahuza M. A secure, privacy-preserving, and lightweight authentication scheme for VANETs // IEEE Sensors Journal. 2021. V. 21. N 18. P. 20998–21011. doi: 10.1109/JSEN.2021.3097172

6. Manivannan D., Moni S.S., Zeadally S. Secure authentication and privacy-preserving techniques in Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs) // Vehicular Communications. 2020. V. 25. P. 100247. doi: 10.1016/j.vehcom.2020.100247

7. Jan S.A., Amin N.U., Othman M., Ali M., Umar A.I., Basir A. A survey on privacy-preserving authentication schemes in VANETs: attacks, challenges and open issues // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 153701–153726. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3125521

8. Ying B., Nayak A. Anonymous and lightweight authentication for secure vehicular networks // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2017. V. 66. N 12. P. 10626–10636. doi: 10.1109/TVT.2017.2744182

9. Saxena N., Choi B.J., Cho S. Lightweight privacy-preserving authentication scheme for V2G networks in the smart grid // Proc. of the IEEE Trustcom/BigDataSE/ISPA. 2015. P. 604–611. doi: 10.1109/Trustcom.2015.425

10. Lee J., Kim G., Das A.K., Park Y. Secure and efficient honey list-based authentication protocol for Vehicular Ad Hoc Networks // IEEE Transactions on Network Science and Engineering. 2021. V. 8. N 3. P. 2412–2425. doi: 10.1109/TNSE.2021.3093435

11. Li S., Yang R., Chen J. A privacy-preserving authentication scheme for VANETs with exculpability // Security and Communication Networks. 2023. V. 2023. N 1. P. 8676929. doi: 10.1155/2023/8676929

12. Parmar K., Patil S., Patel D., Patel V., Parikh B., Padaria P. Privacy-preserving authentication scheme for VANETs using blockchain technology // Procedia Computer Science. 2023. V. 220. P. 40–47. doi: 10.1016/j.procs.2023.03.008

13. Vasudev H., Deshpande V., Das D., Das S.K. A lightweight mutual authentication protocol for V2V communication in internet of vehicles // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2020. V. 69. N 6. P. 6709–6717. doi: 10.1109/TVT.2020.2986585

14. Zhou L., Chao H.C. Multimedia traffic security architecture for the internet of things // IEEE Network. 2011. V. 25. N 3. P. 35–40. doi: 10.1109/MNET.2011.5772059

15. Burrows M., Abadi M., Needham R. A logic of authentication // ACM Transactions on Computer Systems. 1990. V. 8. N 1. P. 18–36. doi: 10.1145/77648.77649

16. Mun H., Han K., Lee Y.S., Yeun C.Y., Choi H.H. Enhanced secure anonymous authentication scheme for roaming service in global mobility networks // Mathematical and Computer Modelling. 2012. V. 55. N 1–2. P. 214–222. doi: 10.1016/j.mcm.2011.04.036

17. Zhao D., Peng H., Li L., Yang Y. A secure and effective anonymous authentication scheme for roaming service in global mobility networks // Wireless Personal Communications. 2014. V. 78. N 1. P. 247–269. doi: 10.1007/s11277-014-1750-y

18. Cui J., Yu J., Zhong H., Wei L., Liu L. Chaotic map-based authentication scheme using physical unclonable function for internet of autonomous vehicle // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2023. V. 24. N 3. P. 3167–3181. doi: 10.1109/TITS.2022.3227949