淺析5G車聯(lián)網(wǎng)信息安全問題

張強(qiáng)　鄒密　江美霞　代孟岑

摘 要：車聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能交通的必經(jīng)之路，也是5G最重要的應(yīng)用場景之一。針對車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模龐大、通信環(huán)境開放，車輛或通過路測設(shè)備惡意發(fā)送虛假數(shù)據(jù)或篡改接收到的數(shù)據(jù)來干擾車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓、車輛數(shù)據(jù)以及個(gè)人信息泄露等各種安全問題，基于5G車聯(lián)網(wǎng)在智能交通信息安全交互的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了5G智能車聯(lián)網(wǎng)信息安全問題，研究了車聯(lián)網(wǎng)安全機(jī)制，給出了解決車聯(lián)網(wǎng)信息安全問題的方案，以此促進(jìn)5G智能交通更好的發(fā)展與應(yīng)用落地。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng) 智能交通 5G 信息安全

1 引言

移動(dòng)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)了5G+車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧交通上的廣泛應(yīng)用。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的智能化以及網(wǎng)聯(lián)化程度的不斷提高，汽車由傳統(tǒng)出行工具逐步發(fā)展成了車輪上的智慧終端。然而，由于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開放性，使得車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)面臨著許多信息安全問題。多起著名智能汽車品牌發(fā)生的車聯(lián)網(wǎng)安全事故，進(jìn)一步加深了民眾對智能網(wǎng)聯(lián)汽車保護(hù)個(gè)人安全能力的擔(dān)憂[1]。此外，車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)面臨的風(fēng)險(xiǎn)形勢復(fù)雜多樣，按照技術(shù)架構(gòu)劃分，車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全涉及感知層安全、通信層安全、平臺(tái)層安全、應(yīng)用層安全等；按照數(shù)據(jù)屬性劃分，車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全涉及個(gè)人數(shù)據(jù)安全、企業(yè)數(shù)據(jù)安全、國家數(shù)據(jù)安全等[2]。信息安全隱患，輕則給企業(yè)產(chǎn)品發(fā)布及產(chǎn)品口碑造成影響，重則導(dǎo)致大范圍的汽車召回，給車企造成巨大損失。其次，對車聯(lián)網(wǎng)近年來發(fā)生的典型安全事例進(jìn)行分析，總結(jié)出當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車所面臨的主要安全問題：互聯(lián)車輛的數(shù)量不斷增長，增加了黑客漏洞利用的入口點(diǎn)，導(dǎo)致攻擊方式不斷變化，防不勝防，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中缺少完善的異常檢測防御機(jī)制；數(shù)字鑰匙比傳統(tǒng)鑰匙面臨更多信息安全問題；自動(dòng)駕駛算法的不確定性帶來的安全問題和V2X系統(tǒng)成為新的熱門攻擊面。因此，如何解決5G+車聯(lián)網(wǎng)信息安全問題，保障車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正常、穩(wěn)健、安全的的發(fā)展，成為智慧交通發(fā)展過程中的重要議題。

2 5G+車聯(lián)網(wǎng)基本概念

隨著智慧交通在我國穩(wěn)步有序的發(fā)展，“智能網(wǎng)聯(lián)汽車”越來越被大眾所熟知。5G技術(shù)的發(fā)展更是推動(dòng)了智慧交通項(xiàng)目發(fā)展的步伐。因此，5G+車聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵。

2.1 5G介紹

5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，與4G相比5G的優(yōu)勢在于，它具有超高速率（5G速率最高可以達(dá)到4G的100倍）、超高頻寬、并且支持更大數(shù)量的連接和更加高速的移動(dòng)速度的特點(diǎn)，并且滿足車聯(lián)網(wǎng)，智能交通，高清視頻，虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用場景所需要的高可靠，低時(shí)延、低功率海量連接的特性[3]。能夠助力汽車業(yè)向網(wǎng)聯(lián)化、智能化等方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2.2 車聯(lián)網(wǎng)介紹

車聯(lián)網(wǎng)由車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)三個(gè)主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，這三者基于一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議進(jìn)行通信，同時(shí)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還融合了各類傳感器、射頻識(shí)別（RFID）、數(shù)據(jù)挖掘、自動(dòng)控制等相關(guān)技術(shù)[4]，在車與車（V2V）、車與行人（V2P）、車與路（V2R）、車與基礎(chǔ)設(shè)備（V2I）、車與網(wǎng)絡(luò)（V2I）等交互過程中，實(shí)現(xiàn)了人、車、路、云之間各種數(shù)據(jù)的傳輸與處理。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，中央處理器將會(huì)對車輛終端傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù)（車輛的行駛位置、行駛速度和路線軌跡等信息）進(jìn)行分析處理，運(yùn)用相關(guān)算法為車輛規(guī)劃出最佳的出行行使路線、監(jiān)測實(shí)時(shí)路況并及時(shí)向終端車輛匯報(bào)。車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不僅可以幫助相關(guān)部門更加科學(xué)的安排信號(hào)燈周期，使得人們出行更加快捷和高效，還可以減少交通事故的發(fā)生概率，達(dá)到提高道路安全的目的，使得人們生活更加方便和安全。

3 5G車聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)

5G技術(shù)的快速應(yīng)用為智慧交通的發(fā)展創(chuàng)造了歷史性的機(jī)遇，5G技術(shù)的關(guān)鍵特征是覆蓋范圍廣、功耗低、低時(shí)延高可靠等。因此，將5G技術(shù)應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)，就可以很好的解決當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)存在的一些問題，促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，使車輛節(jié)點(diǎn)在高速移動(dòng)的狀態(tài)下可以獲得更穩(wěn)定，更可靠的性能。結(jié)合了5G技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)主要優(yōu)勢體現(xiàn)在低時(shí)延、高可靠、超寬頻譜和能源高效利用以及通信質(zhì)量優(yōu)異等方面[5]。根據(jù)研究，現(xiàn)階段將5G 車聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)主要可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

3.1 在安全通信方面

車聯(lián)網(wǎng)對實(shí)時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的要求非常高，數(shù)據(jù)傳遞的過程中必須保證保密性、安全性和高效的傳輸率。5G中運(yùn)用到的大規(guī)模天線陣列和高/超高密集度組網(wǎng)技術(shù)可以提升5G系統(tǒng)容量和速率需求，使5G的時(shí)延達(dá)到毫秒級(jí)。因此，可以提升車聯(lián)網(wǎng)的接入速率以及接入能力，同時(shí)滿足車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)千量級(jí)設(shè)備的接入需求。達(dá)到了車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的低延時(shí)和高可靠性能需求，為車輛與車輛以外實(shí)體之間通信的可靠傳輸提供了物理保障。結(jié)合5G通信技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)，由于5G通信對安全有著更高要求的特點(diǎn)，不同的車輛終端節(jié)點(diǎn)或者用戶終端設(shè)備在與接入點(diǎn)進(jìn)行通信的時(shí)候需要進(jìn)行頻繁的認(rèn)證，而設(shè)計(jì)安全的認(rèn)證方案可以防止假冒、中間人攻擊等，從而使得通信更加的安全。

3.2 在硬件安全方面

車聯(lián)網(wǎng)的硬件架構(gòu)必須要確保電子控制單元（ECU）達(dá)到最高的安全需求，ECU配備包含專用硬件安全模塊（HSM）和CPU的芯片，同時(shí)將所有的編碼和解碼功能在硬件上進(jìn)行，可以在一定程度上避免安裝未經(jīng)授權(quán)的軟件、防止發(fā)生異常的訪問和篡改、惡意軟件的上傳以及特洛伊木馬等。因此對于車聯(lián)網(wǎng)的硬件，需要對車聯(lián)網(wǎng)各種物理設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)謹(jǐn)慎的檢查，以此來實(shí)現(xiàn)5G車聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備方面的安全。

3.3 在隱私安全方面

車聯(lián)網(wǎng)中的安全問題不只會(huì)造成個(gè)人隱私、個(gè)人或企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失等問題，如果遭到不良分子的控制，還可能出現(xiàn)車毀人亡的嚴(yán)重事故。根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息表示，在購買汽車時(shí)，有一半以上的消費(fèi)者表示信息安全和隱私防護(hù)是他們在購買車輛時(shí)主要考慮的因素。由此可知，車聯(lián)網(wǎng)的隱私安全問題將會(huì)成為5G 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中研究的重點(diǎn)。現(xiàn)階段，有關(guān)車聯(lián)網(wǎng)隱私安全的研究主要集中在各種不同的匿名方案。

4 5G車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及安全定義

4.1 車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

5G車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)得到了業(yè)界的高度關(guān)注，近年來，交通形式越發(fā)嚴(yán)峻，汽車數(shù)量的迅速增長導(dǎo)致了道路擁堵時(shí)長增加、各種交通事故頻繁發(fā)生，在此背景下，全球都在積極推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。目前，美國、歐洲、日本等國家、地區(qū)均發(fā)布了支持車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的相關(guān)政策、規(guī)劃[6]。

我國為了促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也相繼印發(fā)了許多推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策，例如：《關(guān)于積極推進(jìn)"互聯(lián)網(wǎng)+"行動(dòng)的指導(dǎo)意見》、《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》、《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范》、《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》等相關(guān)系列文件。《漸入佳境，一觸即發(fā)，2021中國車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展趨勢研究》報(bào)告中指出：現(xiàn)階段，我國正在不斷的推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，許多企業(yè)圍繞著LTE-V2X通信技術(shù)形成了包括通信芯片、通信模組、終端設(shè)備、整車制造、運(yùn)營服務(wù)、測試認(rèn)證、高精度定位及地圖服務(wù)等為主的較完整產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。而在自動(dòng)駕駛的研究上，結(jié)合了5G技術(shù)，我國在某些地區(qū)也建設(shè)了較為完善的實(shí)時(shí)場景和智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)。這些測試的區(qū)域也基本覆蓋了城市道路、鄉(xiāng)村道路等場景。

4.2 車聯(lián)網(wǎng)的信息安全定義

車聯(lián)網(wǎng)的信息安全主要體現(xiàn)在云平臺(tái)安全、終端安全、網(wǎng)絡(luò)安全以及信息數(shù)據(jù)安全四個(gè)方面[7]。云平臺(tái)屬于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的核心位置，對車輛的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和管理。云平臺(tái)安全指的是保證處理數(shù)據(jù)的云平臺(tái)能夠正常運(yùn)行并與車輛之間正常交互的安全；終端包括了手機(jī)、車載工具、路測設(shè)備等，終端安全是指終端設(shè)備在進(jìn)行交互時(shí)是安全且順利的；網(wǎng)絡(luò)安全則是指不同車輛之間、車與用戶之間、車與路面之間、車與平臺(tái)之間能夠正常的進(jìn)行通信；信息數(shù)據(jù)安全是指車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中保證傳輸?shù)碾[私數(shù)據(jù)不被截獲、篡改、刪除等。

5 5G車聯(lián)網(wǎng)中存在的安全問題

5.1 沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)取得的巨大成功很大程度上是得益于它開放的標(biāo)準(zhǔn)和開放的體系結(jié)構(gòu)[8]。智慧交通的發(fā)展趨勢最終必會(huì)接入互聯(lián)網(wǎng)。然而目前還在發(fā)展階段的5G車聯(lián)網(wǎng)并沒有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的通信協(xié)議和完善的通信體系。架構(gòu)也還不統(tǒng)一、其中相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)也沒有完全形成[9]。這導(dǎo)致基于5G車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的解決方案多元化、協(xié)議之間相互轉(zhuǎn)換困難等問題，因此該項(xiàng)技術(shù)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上無法進(jìn)行完美融合，從而對5G車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有所限制。因此，要促進(jìn)5G車聯(lián)網(wǎng)的健康長期發(fā)展，就必須設(shè)計(jì)出合理的、適用的車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和體系結(jié)構(gòu)，以此來規(guī)范車聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)。

5.2 無線通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定

5G車聯(lián)網(wǎng)屬于無線通信的一部分，但無線通信網(wǎng)絡(luò)本身就存在不穩(wěn)定的問題，并且5G基站的覆蓋范圍，會(huì)對車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)造成一定限制。因此，當(dāng)車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)受到到故意或無意的干擾源影響時(shí)，節(jié)點(diǎn)接收范圍內(nèi)的通信將會(huì)無法建立，這時(shí)，惡意的攻擊者就能夠阻斷服務(wù)端與用戶或者基站之間的通信。另外，大量的終端頻繁的接入網(wǎng)絡(luò)容易造成堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致無線通信網(wǎng)絡(luò)不能及時(shí)處理收集到的數(shù)據(jù)信息；并且車聯(lián)網(wǎng)終端的交通情況復(fù)雜多變，車輛節(jié)點(diǎn)在高速行駛的過程中會(huì)與不同的信息數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)之間快速的進(jìn)行無規(guī)律切換，因此會(huì)增加節(jié)點(diǎn)之間身份認(rèn)證過程的難度，從而使得車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的車輛容易受到黑客的惡意攻擊，造成交通事故。

5.3 隱私數(shù)據(jù)泄露

車聯(lián)網(wǎng)從用戶、電子控制單元、各類傳感器、IVI、第三方APP以及車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的服務(wù)平臺(tái)等采集各類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括了終端用戶的身份信息、車輛的運(yùn)行狀態(tài)以及行駛軌跡、用戶的駕駛習(xí)慣、地理位置信息等敏感信息[10]。由于在收集、傳輸、存儲(chǔ)的過程中對這些數(shù)據(jù)沒有一個(gè)統(tǒng)一的安全要求，因此隱私數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中容易因?yàn)樵L問控制不嚴(yán)格、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸不當(dāng)?shù)仍虮环欠ㄓ脩粜崽交蛘咴馐苤虚g人攻擊，從而隱私數(shù)據(jù)遭到泄露被非法使用或越權(quán)訪問等。同時(shí)，在隱私防護(hù)方向上，提供車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的商家對使用用戶的隱私信息過度采集和越界使用也是造成隱私數(shù)據(jù)泄露的主要問題之一，其中用戶個(gè)人隱私信息遭到泄露，將會(huì)對用戶的財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生巨大的影響，比如車主身份信息（姓名、身份證、電話等）、車輛靜態(tài)信息（車牌號(hào)、車輛識(shí)別碼等）、車輛動(dòng)態(tài)信息（位置信息、行駛軌跡等），以及用戶的駕駛習(xí)慣等。而車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中還包含了道路、地理等信息，這些信息如果遭到泄露，可能將會(huì)對國家安全產(chǎn)生隱患。

6 5G車聯(lián)網(wǎng)安全問題的解決方案

6.1 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)，促進(jìn)5G車聯(lián)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合

我們可以知道要促進(jìn)5G車聯(lián)網(wǎng)的健康長期發(fā)展，就必須設(shè)計(jì)出合理的適用于5G車聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和體系結(jié)構(gòu)，建設(shè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和結(jié)構(gòu)模式，解決5G車聯(lián)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的問題。在建立標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合國家的科技發(fā)展水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，比較每個(gè)地區(qū)以及不同行業(yè)的發(fā)展情況，提出適合我們自己國家的車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。同時(shí)，還應(yīng)該對車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的從業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)工作，建立職業(yè)道德，確保工作人員的每一步工作開展都是嚴(yán)格按照制度來進(jìn)行，從而保障5G車聯(lián)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全融合。

6.2 發(fā)展基于5G技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)

隨著大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、終端直通、認(rèn)知無線電、毫米波等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳統(tǒng)行業(yè)中以數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、邊緣計(jì)算等為核心的數(shù)字技術(shù)的滲透率不斷提升，為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來歷史性的機(jī)遇。目前第一版5G-V2X標(biāo)準(zhǔn)3GPPR16于2020年7月凍結(jié)，標(biāo)準(zhǔn)中提出5G技術(shù)能提供更靈活、更可靠、更快速、更高速率傳輸?shù)耐ㄐ欧?wù)，實(shí)現(xiàn)V2X最低3ms端到端時(shí)延，最高99.999%可靠性與最高1000Mbps傳輸速率。而高速準(zhǔn)確的信息傳播，是實(shí)現(xiàn)5G車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵前提。車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用對于海量數(shù)據(jù)的傳輸與超低時(shí)延通信有著極大的需求，而5G技術(shù)的特點(diǎn)正好可以針對車聯(lián)網(wǎng)的需求進(jìn)行應(yīng)用。

6.3 研究車聯(lián)網(wǎng)通信安全策略，提出更加安全的隱私保護(hù)機(jī)制

車聯(lián)網(wǎng)的廠商對用戶隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)保護(hù)可以提高車聯(lián)網(wǎng)的安全性，對用戶的隱私信息、駕駛習(xí)慣、車輛信息、位置信息等敏感數(shù)據(jù)采用更安全有效的方式管理，比如對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行廠商簽名，非簽名認(rèn)證用戶或廠商將無法獲取敏感數(shù)據(jù)。而非敏感信息可以在獲取權(quán)限后查看。而目前的車聯(lián)網(wǎng)通信安全防護(hù)主要針對“車-云”通信，以加強(qiáng)訪問控制并開展異常流量監(jiān)測為主。

車輛與其他實(shí)體進(jìn)行通信的過程中，安全認(rèn)證也是保證通信安全的關(guān)鍵機(jī)制。現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)隱私防護(hù)機(jī)制研究主要集中在基于PKI的身份認(rèn)證、基于假名的身份認(rèn)證、基于群簽名的身份認(rèn)證三種類型。在這三種類型的基礎(chǔ)上研究更加安全的保護(hù)機(jī)制可以有效地降低車聯(lián)網(wǎng)被攻擊的概率。

7 結(jié)論

我國目前的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也正處于探索階段，通信技術(shù)體系也不夠健全。隨著5G技術(shù)的大力發(fā)展，未來車聯(lián)網(wǎng)和5G的進(jìn)一步融合，能夠開發(fā)、落地更多的面向個(gè)人、政府、行業(yè)的應(yīng)用，取得較為顯著的成效。然而，在發(fā)展過程中，安全問題無論是對車輛還是用戶來講都極為重要，所以，在日后的技術(shù)研究方面，不僅要對軟件系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)、優(yōu)化技術(shù)硬件服務(wù)意外，還要注重5G車聯(lián)網(wǎng)的信息安全方面策略的研究，以此促進(jìn)形成城市深度智慧化局面，助力5G車聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

基金項(xiàng)目：四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目：面向車路協(xié)同的多模智能終端原型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證（項(xiàng)目編號(hào)：2021-KJ-06）研究成果。

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