收 稿日期 : 2008-07-26; 修 回日 期: 2008- 10- 15 基 金 项 目: 北 京 市 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 4082020) ; 国 家 “863”计 划 资 助 项 目
( 2007AA01Z234, 2007AA01Z213)
作 者简介 : 安建伟 ( 1968-) , 女, 讲师 , 博 士, 主要 研究方 向为 网络安 全、无线 通信、自组 织网 络; 周贤伟 ( 1963-) , 男, 教授 , 博士后 , 主 要研 究方 向
为网络 安 全、移 动 通 信、认 知 无 线 电 网 络; 黄 欢 ( 1983- ) , 女, 硕 士 研 究 生 , 主 要 研 究 方 向 为 网 络 安全 、自 组 织 网 络 ( huanghuanhappy@ 163. com) ;
武晓博 ( 1980-) , 男, 博士 研究生 , 主要研 究方向 为网 络安全 、自 组织 网络.
车 载 自 组 网 MAC 层 的 安 全 问 题 研 究
*
安建伟, 周贤伟, 黄 欢, 武晓博
( 北京 科技 大学 信息 工程 学院 通 信工 程系 , 北京 100083)
摘 要: 通 过分 析车 载自 组网 MAC 层存 在的 安全 威胁 及其实 现原 理, 对现 有的 安全 解决 方案 进行 总 结 和评 估 ,
并提 出了 适用 于车载 自组 网环 境下 MAC 层的 安全 体系 结构 ; 最 后讨 论 在 安全 机 制 的 实 现 过 程 中尚 未 解 决 的 问
题, 并指 出今 后研 究的 重要 方向 。
关键 词: 车 载自 组网 ; 网 络安 全; MAC 层 安全; MAC 协议; 攻击
中图 分类 号: TP393. 08 文献 标志 码: A 文章 编号 : 1001-3695( 2009) 05-1891-05
Research in security problems of vehicular Ad hoc networks MAC layer
AN Jian-wei, ZHOU Xian-wei, HUANG Huan, WU Xiao-bo
( Dept. of Communication Engineering, School of Information Engineering, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: The paper first analyzed the security threats of VANET( vehicular Ad hoc networks) MAC layer and the principles
of attacks. Secondly itillustrated and evaluated present solutions for the threatsand attacks, and proposed the security architec-
ture for VANETMAC layer. Finallyitdiscussed the unresolved topics in the implementation process of security mechanismand
showed the further directions.
Key words: VANET; network security; MAC layer security; MAC protocol; attacks
0 引言
车载自组网( VANET) 作为移动自组网( mobile Ad hoc net-
works, MANET) 在道路交通领域的应用, 将提供事故告警、事故
隐患提示等道路 信 息安 全类 应 用
[ 1]
; 交通 状 况查 询, 娱 乐、旅
游信息下载等信息服务类应 用, 将构建 一个更 合理、更高效 的
智能交通系统。
由于 VANET车载终端移动 速度快、网络 拓扑结 构高度 动
态变化、节点行为变化突然、节点分布受道路局限等特点, 使其
网络安全性较差, 易 被窃听 和攻击。同 时又由 于其 MAC层 有
着与传统网络不同的特点: a) 无 线信道 质量不 稳定, 受多种 因
素的影响( 包括路边 建筑、道 路情 况、车 辆类 型 和车 辆相 对 速
度等)
[ 2]
。b) VANET 中 节 点 分 布 受 道 路 局 限, 呈现 管 状 形
态
[ 3]
, 同时节点的 稀 疏分 布受 到 时间 的 影响, 网 络容 量 有限。
c) 车载终端 移 动 速度 快, 网 络拓 扑 高 速 变 化, 路 径 存 在 寿 命
短。车辆平均速度为 100 km/h 的道路 上, 如果车 辆的 覆盖 半
径为 250 m, 则链路存 在 15 s 的 概率 仅为 57%
[ 4]
。d) 链路 不
稳定。由于车辆 行为 没 有约 束, 通过 驾 驶者 改 变车 辆行 驶 方
向、速 度 等 可改 变 链 路的 状 态; 又 由 于 上层 应 用 信息 的 反 馈
( 如交通事 故 警告、交通 优 化 信息 等) 导 致 链路 的 频 繁变 化。
e) 现有 MAC 协 议 应 用 在 VANET 中 所 带 来 的 不 公 平 问 题。
VANET 中采用的主流 MAC协议为 IEEE 802.11MAC协议
[ 5]
,
但 IEEE 802. 11 标准应用在 VANET 方面 存在 一些 问题, 如 在
狭窄的道路空间内可能存在更多的冲突, 同时自私节点可利用
协议机制实施自私行为。由于以上不利因素的存在, 保证 VA-
NET MAC层的安全极为重要。
1 研究背景
1. 1 VANET MAC 协议概述
目前, 国际 上 针 对 VANET 采 用 了 DSRC( dedicated short
range communications, 短距离 专 用 通信 ) 技术
[ 6]
, IEEE 已 经 提
出了相关的 试用 标准 WAVE( wireless access in vehicular envi-
ronments, 车载环境无线 接入)
[ 7 ~10]
。同时研 究领域 也对 VA-
NET 投入 了 广 泛 关 注。 VANET MAC 层 的 研 究 主 要 是 针 对
MAC协议的研 究, 其 主要 研 究 方 向 是 基 于 IEEE 802. 11MAC
协议
[ 5]
。VANET是 MANET 的一 种应用, 因 此它 具有 MANET
MAC层的所 有特点, 但是 由于其 自身特 点, 对其 MAC 协议 的
设计和实现提 出了 新的 挑 战。 VANET MAC 协 议需 要具 备 以
下特征
[ 11]
: 支持车 辆 高 速移 动 性, 保 证 通信 的 实 时性 和 可 靠
性, 具有较好的可扩展性, 具有较高的带宽利用率, 采用分布式
自组网方式, 为每个用户提供公平的通信机会, 提供高效、及时
的广播机制。
目 前, 应 用 较 为 广 泛 的 自 组 网 MAC 协 议 是 IEEE
802. 11DCF( distributed coordination function, 分布式 协调功 能)
协议
[ 12]
。在 IEEE 1609. 4
[ 10]
中也规定了控制帧 的传送是基 于
IEEE 802. 11DCF 协 议, 该 协 议 基 于 CSMA/CA( carrier sense
multiple access/collision avoidance, 载 波侦 听 多路 访 问 /冲 突 避
免) 。当一个节点 有数 据 需要 发送 时, 如 果信 道 忙, 或者 即 使
信道 空 闲, 但 是 空 闲 时 间 小 于 DIFS( distributed interframe
space, 分布协调功能 帧间 距) , 那么 节点 不发 送数 据帧 而处 于
第 26 卷 第 5 期
2009 年 5 月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Computers
Vol. 26 No. 5
May 2009