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龍圖騰網(wǎng)恭喜同濟(jì)大學(xué)申請(qǐng)的專(zhuān)利無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型構(gòu)建方法獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN114169725B 。

龍圖騰網(wǎng)通過(guò)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-05-27發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?專(zhuān)利號(hào)為：202111436520.3，技術(shù)領(lǐng)域涉及：G06F30/20；該發(fā)明授權(quán)無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型構(gòu)建方法是由程久軍;魏超;原桂遠(yuǎn);毛其超設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2021-11-29向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專(zhuān)利申請(qǐng)。

本無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型構(gòu)建方法在說(shuō)明書(shū)摘要公布了：本發(fā)明涉及無(wú)人駕駛領(lǐng)域，提出了一種無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型構(gòu)建方法，其特征是，具體包括如下步驟：步驟1.基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估效用的無(wú)人駕駛車(chē)群動(dòng)態(tài)演化方法；步驟1.1相關(guān)定義；步驟1.2無(wú)人駕駛車(chē)群事件及處理算法；步驟1.3無(wú)人駕駛車(chē)群演化算法；步驟2.無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型；步驟2.1相關(guān)定義；步驟2.2基于撤銷(xiāo)多項(xiàng)式的密鑰更新協(xié)議；步驟2.3無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型。本發(fā)明提供了一種能夠保障無(wú)人駕駛車(chē)群持續(xù)保持自治協(xié)同運(yùn)動(dòng)行為智能化的安全性方法，從而使得無(wú)人駕駛車(chē)群在復(fù)雜場(chǎng)景下能夠得到安全的應(yīng)用。

本發(fā)明授權(quán)無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型構(gòu)建方法在權(quán)利要求書(shū)中公布了：1.一種無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型構(gòu)建方法，其特征是，具體包括如下步驟：步驟1.基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估效用的無(wú)人駕駛車(chē)群動(dòng)態(tài)演化方法步驟1.1相關(guān)定義定義1距離函數(shù)dist：車(chē)群形成算法使用歐氏距離衡量?jī)蓚€(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)之間的距離，即： 其中，vi，vj代表車(chē)輛節(jié)點(diǎn)，x，y，z是車(chē)輛節(jié)點(diǎn)在三維空間的坐標(biāo)；定義2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估效用REU：從預(yù)估損失等級(jí)、威脅、漏洞三個(gè)方面對(duì)無(wú)人駕駛車(chē)群節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，給出了風(fēng)險(xiǎn)效用評(píng)估REU作為車(chē)群的安全性度量指標(biāo)；在t時(shí)刻的無(wú)人駕駛車(chē)輛節(jié)點(diǎn)vi的REU為： 其中，int函數(shù)用來(lái)將ELL級(jí)別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的正實(shí)數(shù)值，一般選取單調(diào)遞增的函數(shù)；α的值是根據(jù)int函數(shù)的取值范圍設(shè)定的，使REU取值具有明顯的區(qū)分度；分別對(duì)應(yīng)CVSS評(píng)分系統(tǒng)中的基礎(chǔ)指標(biāo)得分，生命周期指標(biāo)得分和環(huán)境指標(biāo)得分，得分越高表示漏洞的嚴(yán)重程度越高；定義3核心節(jié)點(diǎn)CN:當(dāng)節(jié)點(diǎn)在ε鄰域內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到τ，REU高于半數(shù)以上的鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)為核心節(jié)點(diǎn)；此時(shí)節(jié)點(diǎn)的REU需要按照公式1.1重新計(jì)算： 其中，V是節(jié)點(diǎn)的ε鄰域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，含節(jié)點(diǎn)自身，的集合，|V|是集合V中元素的數(shù)量，核心節(jié)點(diǎn)主要分擔(dān)主節(jié)點(diǎn)的通信和計(jì)算負(fù)載；定義4主節(jié)點(diǎn)MN:核心節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)競(jìng)選機(jī)制才能升級(jí)為主節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)滿足以下條件才能升級(jí)為主節(jié)點(diǎn)：1該節(jié)點(diǎn)是核心節(jié)點(diǎn)；2REU值高于半數(shù)以上的鄰居核心節(jié)點(diǎn)，或者不存在其他核心節(jié)點(diǎn)；主節(jié)點(diǎn)的鄰居核心節(jié)點(diǎn)充當(dāng)次級(jí)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)維護(hù)其子車(chē)群和主節(jié)點(diǎn)的通信；當(dāng)車(chē)群中只有一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)時(shí)，此核心節(jié)點(diǎn)依然升級(jí)為主節(jié)點(diǎn)，此時(shí)車(chē)群中不存在次級(jí)節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)的REU需要按照公式1.2進(jìn)行更新 其中，V是主節(jié)點(diǎn)下屬的核心節(jié)點(diǎn)及其子車(chē)群的集合；定義5邊界節(jié)點(diǎn)：如果一個(gè)噪聲點(diǎn)處在某個(gè)核心節(jié)點(diǎn)的ε鄰域內(nèi)，在該節(jié)點(diǎn)收到核心節(jié)點(diǎn)的心跳包后升級(jí)為邊界節(jié)點(diǎn)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)正式加入車(chē)群，即節(jié)點(diǎn)滿足如下條件便可加入車(chē)群： 其中，Ni是節(jié)點(diǎn)vi的鄰居集合，vc是其鄰居集合中的一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)；定義6噪聲節(jié)點(diǎn)NN:既非核心節(jié)點(diǎn)也非邊界節(jié)點(diǎn)，此類(lèi)節(jié)點(diǎn)鄰域內(nèi)不存在核心節(jié)點(diǎn)或主節(jié)點(diǎn)；如果其鄰域中存在核心節(jié)點(diǎn)，此時(shí)可以將該節(jié)點(diǎn)加入車(chē)群構(gòu)成的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中；否則該節(jié)點(diǎn)不參與車(chē)群構(gòu)建；步驟1.2無(wú)人駕駛車(chē)群事件及處理算法1無(wú)人駕駛車(chē)群增長(zhǎng)事件2無(wú)人駕駛車(chē)群縮減事件3無(wú)人駕駛車(chē)群合并事件4無(wú)人駕駛車(chē)群分裂事件步驟1.3無(wú)人駕駛車(chē)群演化算法完整的無(wú)人駕駛車(chē)群安全演化方法，如算法5所示，該算法的具體步驟如下：1遍歷車(chē)群的演化事件集合，該集合在車(chē)群的生命周期內(nèi)不斷更新；2對(duì)于增長(zhǎng)事件，執(zhí)行節(jié)點(diǎn)加入算法；對(duì)于縮減事件，執(zhí)行節(jié)點(diǎn)離開(kāi)算法；對(duì)于合并事件，執(zhí)行車(chē)群合并算法；對(duì)于分裂事件，執(zhí)行車(chē)群分裂算法；3處理完畢演化事件后更新車(chē)輛集合Vn； 步驟2.無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型步驟2.1相關(guān)定義定義1車(chē)輛身份實(shí)數(shù)vid：vid由1計(jì)算得到：vidi＝HELPi,MACi1其中，ELP表示車(chē)輛的電子牌照，MAC表示車(chē)輛在網(wǎng)絡(luò)通信中使用的MAC地址，通過(guò)二元映射函數(shù)H將ELP和MAC地址轉(zhuǎn)換成車(chē)輛身份實(shí)數(shù)vid，用以唯一標(biāo)識(shí)特定車(chē)輛；定義2公共撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx：該多項(xiàng)式由車(chē)群共同維護(hù)，用來(lái)替代傳統(tǒng)CA中使用的撤銷(xiāo)證書(shū)列表CRL，由公式2定義： 其中，Sr是被車(chē)群排除的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)輛身份實(shí)數(shù)的集合，由定義可知對(duì)任意ri∈Sr,Rri＝0；定義3私有撤銷(xiāo)多項(xiàng)式rx：該多項(xiàng)式根據(jù)Rx生成，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的惡意節(jié)點(diǎn)時(shí)將其vid添加到rx中；rx被用來(lái)臨時(shí)替代CRL，由車(chē)輛節(jié)點(diǎn)單獨(dú)維護(hù)，其定義如下： 其中，t是多項(xiàng)式的最低次數(shù)，rj′是用于補(bǔ)齊多項(xiàng)式次數(shù)而隨機(jī)生成的實(shí)數(shù)；由定義可知，Rx是rx的因子，式3定義了撤銷(xiāo)證書(shū)多項(xiàng)式的生成，最終被使用的多項(xiàng)式是其計(jì)算后的結(jié)果，如公式4所示： 定義4掩膜多項(xiàng)式sx：該多項(xiàng)式用于混淆，防止密鑰被破解，車(chē)輛vi的掩膜多項(xiàng)式由該車(chē)輛單獨(dú)保存，不會(huì)泄露給其他車(chē)輛，其形式為： 其中，n為rx的次數(shù)，因此six和rx的次數(shù)保持一致；定義5密鑰多項(xiàng)式φx：該多項(xiàng)式由撤銷(xiāo)證書(shū)多項(xiàng)式、掩膜多項(xiàng)式和車(chē)輛節(jié)點(diǎn)vi的公鑰PKi生成，被用來(lái)傳遞密鑰，其定義為：φix＝PKirx+εtsix6其中，εt是通信時(shí)臨時(shí)隨機(jī)生成的系數(shù)，當(dāng)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)vi向車(chē)輛節(jié)點(diǎn)vj傳遞密鑰時(shí)，密鑰多項(xiàng)式為 用Δi,j代替εtsij，當(dāng)節(jié)點(diǎn)vj得到Δi,j和rx后可以得到公鑰PKi的計(jì)算方法： 定義6車(chē)群屬性集合M：該集合是車(chē)群在安全自協(xié)模型中所涉及的所有屬性的集合，可以用以下的五元組表示：M＝V,G,S,F,Rx9其中，V＝{vi|i＝1,2…,n}表示所有車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的集合；G＝{Gi|i＝1,2…,n}表示所有車(chē)群集合；Rx表示為撤銷(xiāo)多項(xiàng)式，用于維護(hù)車(chē)群之間的通信安全；F＝{fi|i＝1,2…,n}表示車(chē)群演化事件，事件主要分為節(jié)點(diǎn)加入f1、車(chē)群加入f2、邊界點(diǎn)離開(kāi)f3、核心主節(jié)點(diǎn)離開(kāi)f4、邊界點(diǎn)排除f5、核心\主節(jié)點(diǎn)排除f6、攻擊檢測(cè)f7七種事件，不同的事件會(huì)引起相應(yīng)的狀態(tài)變化；S表示為車(chē)群的狀態(tài)，在該模型中定義了七種狀態(tài)，分別為初始化狀態(tài)S0、增長(zhǎng)狀態(tài)S1、縮減狀態(tài)S2、合并狀態(tài)S3、分裂狀態(tài)S4、非安全狀態(tài)S5和安全自協(xié)狀態(tài)S6；定義7初始化狀態(tài)S0：構(gòu)成一個(gè)新的車(chē)群Gi，其中vi表示主節(jié)點(diǎn)，此時(shí)車(chē)群集合G＝G∪Gi；主節(jié)點(diǎn)向車(chē)群所有節(jié)點(diǎn)廣播撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx，此時(shí)，對(duì)都需要通過(guò)Rx驗(yàn)證周?chē)従榆?chē)輛的可靠性，然后使用ECDH的方式與驗(yàn)證過(guò)的可靠節(jié)點(diǎn)交換密鑰；定義8增長(zhǎng)狀態(tài)S1：當(dāng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)vj加入車(chē)群Gi時(shí)，模型的狀態(tài)更新如下： 此時(shí)，vj從主節(jié)點(diǎn)獲取撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx，然后使用ECDH的方式同周?chē)目煽抗?jié)點(diǎn)交換密鑰；定義9縮減狀態(tài)S2：當(dāng)t時(shí)刻邊界節(jié)點(diǎn)vj離開(kāi)車(chē)群Gi時(shí)，模型的狀態(tài)更新如下： 定義10合并狀態(tài)S3：當(dāng)t時(shí)刻二級(jí)結(jié)構(gòu)車(chē)群Gj并入另一個(gè)車(chē)群Gi時(shí)，模型的狀態(tài)更新如下： 此時(shí)，主節(jié)點(diǎn)更新撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx，原屬于車(chē)群Gj和車(chē)群Gi的節(jié)點(diǎn)互相交換公鑰；定義11分裂狀態(tài)S4：當(dāng)t時(shí)刻二級(jí)結(jié)構(gòu)車(chē)群Gj脫離車(chē)群Gi時(shí)，模型的狀態(tài)更新如下： 此時(shí)，主節(jié)點(diǎn)根據(jù)車(chē)群現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)更新撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx并廣播給車(chē)群成員；定義12非安全狀態(tài)S5：對(duì)于一個(gè)車(chē)群Gi，檢測(cè)到偽造的消息時(shí)，節(jié)點(diǎn)vj確認(rèn)造假者vk身份后，開(kāi)始密鑰更新流程；流程結(jié)束后車(chē)群中非惡意節(jié)點(diǎn)完成了密鑰更新，同時(shí)將造假者從車(chē)群中排除并加入撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx，將更新該撤銷(xiāo)多項(xiàng)式Rx；模型的狀態(tài)更新如下： 定義13安全自協(xié)態(tài)S6：車(chē)群經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)常規(guī)變化或者排除惡意節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致的演化事件后，恢復(fù)到安全自協(xié)狀態(tài)，即其它演化狀態(tài)最終回歸安全自協(xié)態(tài)步驟2.2基于撤銷(xiāo)多項(xiàng)式的密鑰更新協(xié)議步驟2.3無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型所述無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型定義如下：1攻擊模型本攻擊模型考慮了來(lái)自車(chē)群內(nèi)部和外部的攻擊者，消息的發(fā)送方和接收方都可能充當(dāng)內(nèi)部攻擊者的角色；外部攻擊者充當(dāng)入侵者，假定其攻擊類(lèi)型僅限于竊聽(tīng)；根據(jù)攻擊行為，可以將攻擊分為主動(dòng)攻擊和被動(dòng)攻擊：被動(dòng)攻擊主要是指竊聽(tīng)攻擊，主動(dòng)攻擊是指向車(chē)群網(wǎng)絡(luò)中注入偽造的消息；2安全目標(biāo)a.消息完整性：該無(wú)人駕駛車(chē)群自協(xié)模型能夠保持消息的完整性；發(fā)送方車(chē)輛發(fā)送的消息內(nèi)容在交付給接收方車(chē)輛時(shí)應(yīng)保證不被修改；b.防竊聽(tīng)性：除了指定的消息接受方車(chē)輛，其他車(chē)輛無(wú)法破解消息；c.車(chē)輛可撤銷(xiāo)性：一旦車(chē)輛身份被撤銷(xiāo)，車(chē)輛便被排除在車(chē)群外，不能再次加入到車(chē)群網(wǎng)絡(luò)中；3安全假設(shè)a.車(chē)群中節(jié)點(diǎn)的身份是公開(kāi)且實(shí)名的；b.攻擊者執(zhí)行被動(dòng)攻擊不會(huì)被車(chē)群主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檐?chē)群中較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)無(wú)法直接通信時(shí)，需要中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)消息，在此過(guò)程中消息被竊聽(tīng)是無(wú)法被阻止的；c.攻擊者執(zhí)行主動(dòng)攻擊能夠被車(chē)群發(fā)覺(jué)并獲知其身份，可以通過(guò)追溯消息傳播途徑上的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，在本文的車(chē)群模型中，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間最多間隔3個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)；d.車(chē)群中所有成員都能保證其加密憑證的安全；e.潛在攻擊者未被發(fā)現(xiàn)前被視為普通節(jié)點(diǎn)；f.攻擊者之間不存在共謀；4安全自協(xié)模型根據(jù)基于撤銷(xiāo)多項(xiàng)式的密鑰更新協(xié)議和無(wú)人駕駛車(chē)群安全性動(dòng)態(tài)演化方法，可以得到無(wú)人駕駛車(chē)群安全自協(xié)模型，具體如下： 其中，ft∈F,St∈S，并且由ft觸發(fā)的狀態(tài)St的變化符合定義7～定義13中的約束；車(chē)群遵循上述步驟對(duì)安全事件和車(chē)群變化進(jìn)行處理，在演化事件結(jié)束之后，最終達(dá)到安全自協(xié)狀態(tài)。

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