基于格密码的5G-R车地认证密钥协商方案

5G-R作为我国下一代高速铁路无线通信系统,其安全性对于保障行车安全至关重要。针对5G-AKA协议存在隐私泄露、根密钥不变和效率低等问题,基于格密码理论提出一种新型5G-R车地认证方案。首先,使用临时身份信息GUTI代替SUCI,克服了SUCI明文传输的缺点。其次,设计基于格密码的根密钥更新策略,采用格上公钥密码体制、近似平滑投射散列函数和密钥共识算法,实现了根密钥的动态更新和前后向安全性。再次,加入随机质询和消息认证码,实现了通信三方的相互认证,可有效防范重放、DoS等多种恶意攻击。最后,采用串空间形式化方法进行安全验证,结果表明:本文方法较其他方法有更高的安全性,被攻击成功的概率最低,仅为O(n^(2))×2^(-128),且有较低的计算开销和通信开销,能够满足5G-R高安全性的需求。

基于混合密钥增强的LTE-R车地认证密钥协商方案

针对LTE-R车地认证协议EPS-AKA中IMSI明文传输、密钥泄露和认证开销高等问题,提出一种基于混合密钥增强的LTE-R车地认证密钥协商方案。针对典型高速铁路认证场景,分别设计注册认证、全认证、重认证和切换认证四种协议,提出采用非对称公钥加密和私钥签名机制,解决了IMSI明文传输的问题;并混合引入椭圆曲线密钥算法对密钥动态更新,可有效防范中间人、重放等攻击。该方案不仅能减少全认证协议的频繁重启,而且还具有前后向安全。最后,采用BAN逻辑进行形式化验证,结果表明:本文方法在安全性、认证开销较其他方法更优,能够满足LTE-R车地认证安全性和实时性的要求。

基于量子密钥的高速铁路异构网络安全切换

随着高速铁路新一代无线通信系统的建设推进和GSM-R逐步退网,GSM-R和LTE-R网络将存在较长的共存期,如何保证高速列车在GSM-R和LTE-R异构网络之间的快速、安全切换,亟待解决。针对高速铁路无线通信异构网络切换认证过程中存在切换安全性低、认证开销高等问题,提出一种基于量子密钥的高速铁路异构网络安全切换认证方法。首先采用哈希操作生成伪身份PID和切换通行码PASS,实现异构网络间通信的平滑过渡。其次使用量子密钥分发策略实现认证切换过程中源网络和目标网络之间的预认证,降低异构网络间切换认证时延、抵抗临时通话密钥泄露。同时采用哈希、模指运算完成会话密钥的动态更新,实现密钥前后向安全性。最后采用认证测试方法进行安全性验证,并采用朔黄铁路LTE-R线路数据对本方法进行有效性验证。分析验证结果表明:本方法不仅能够抵抗伪装用户、中间人等攻击,而且在计算开销和通信开销等方面也较比较方法更优,能够满足下一代高速铁路异构网络的切换认证需求。

基于沙漠环境的铁路GSM-R系统传播模型研究

沙漠中的沙尘暴或风沙天气对无线通信有重要的影响,随着我国越来越多的高速铁路沙漠中建成,研究在沙尘暴、沙尘天气下GSM-R通信系统的传播模型对于保证GSM-R通信的安全和稳定有十分重要的意义。本文结合太原-中卫-银川铁路毛乌素沙漠南端定边至银川区段GSM-R通信系统,对沙漠环境沙尘粒子的散射产生的路径损耗进行了分析,将传统路径损耗模型与实际测量数据进行了误差研究,对路径损耗模型的参数因子进行了调整和优化,通过仿真实验与结果的分析,证明该改进模型能更加逼近实际测量数据。