Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) are one of typical application of wireless communication technology, which provide communications among nearby vehicles and between vehicles and roadside units (RSUs) connected the infrastructure. VANETs provide a perfect way to collect dynamic traffic information and sense various physical conditions related to traffic distribution with very low cost and high accuracy, which have a great potential to revolutionize driving environment, and will undoubtedly play an important role in the future transportation system. However, it is clear that security and privacy enhancing mechanisms are necessary, which are in fact a prerequisite for deployment. This has been recently well understood in academia, the industry, and among authorities. And a large number of agreed efforts have been undertaken to design security architectures for VANET systems. Extensive research efforts have been made by both industry and academia to make VANETs secure. In this thesis, we proposed a novel anonymous authentication scheme in VANETs. Our proposed scheme guarantees authentication, anonymity, unlinkability, and traceability simultaneously. The unlinkability which enables privacy preservation and the traceability which enables conditional tracking are contradictory. We utilize the traceable ring signature scheme with the $k$-times anonymous authentication scheme to address the contradictory between the unlinkability and the traceability. Our scheme also uses elliptic curve cryptosystem to achieve storage, computation, and communication efficiency. Compared with existing works, we claim that our scheme has better performance in terms of storage, computation, and communication overhead. In addition, our scheme has three advantages compared with other previous works. First, our scheme doesn`t have revocation list update process in authentication process. Second, our scheme always provides unlinkability although multiple RSUs are compromised. Finally, our scheme requires only one authentication process for mutual authentication when the vehicle communicates with the same RSU, because our scheme has key agreement functionality that makes secure channel to communicate. These advantages make our scheme efficient in large-scale and busy networks like VANETs.
차량 애드-혹 네트워크는 무선 통신 기술을 활용한 대표적인 예로 근접한 차량 간의 통신과 차량과 인프라스트럭처에 연결된 RSU 사이의 통신을 지원하는 네트워크이다. 그리고 저비용 고효율로 교통정보와 도로의 물리적인 상태를 수집하고 운전자에게 최적의 경로를 안내함으로써 교통량을 분산시키고 최적의 운행 환경을 제공할 수 있도록 한다. 그렇기 때문에 차량 애드-혹 네트워크는 미래의 교통 시스템에서 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 그러나 차량 애드-혹 네트워크가 널리 이용되기 위해서는 공격자의 악의적인 공격을 막고 사용자의 개인 정보를 보호할 수 있는 기술에 대한 연구가 선행되어야 한다. 이 점은 모든 사람들이 공감하고 있으며 최근에는 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 학위 논문에서는 차량 애드-혹 네트워크에서의 새로운 익명 인증 기법을 제안한다. 우리가 제안한 기법은 인증, 익명성, 비연결성, 그리고 추적가능성을 동시에 만족한다. 전송된 메시지들로부터 위치 정보 등의 개인정보를 유출되지 않도록 해주는 비연결성과 특정한 상황에서 지정된 기관이 목표가 되는 차량을 추적할 수 있도록 하는 추적가능성은 서로 상반되는 속성들이다. 우리는 상반되는 두 속성을 한꺼번에 만족시키기 위하여 추적 가능한 환 서명 기법과 $k$-times 익명 인증 기법을 이용하였으며 저장공간, 연산량, 그리고 통신량 측면에서의 효율성을 위해 타원곡선 암호시스템을 이용하였다. 우리가 제안한 기법은 기존 기법들과 비교하여 저장공간, 연산량, 그리고 통신량 측면에서 가장 효율적이며 추가적으로 기존의 기법들과 비교하여 세 가지 장점을 가지고 있다. 첫 번째는 인증과정에서 폐기목록의 업데이트 과정이 없어서 더욱 빠른 인증이 가능하다. 두 번째는 복수의 RSU가 공격자에 의해 탈취되더라도 비연결성을 지원하여 불법적인 위치 추적이 불가능하다. 세 번째는 키 합의 기능을 포함하고 있기 때문에 차량이 같은 RSU와 여러 번의 통신을 필요로 하는 경우에도 안전한 통신을 위해 한 번의 상호 인증과정만을 필요로 한다. 이 세 가지 장점은 우리가 제안한 기법이 차량 애드-혹 네트워크와 같이 빈번한 통신이 발생하는 큰 규모의 네트워크에서 기존 기법들보다 효율적으로 동작하도록 해준다.
