汽車移動通信中的隱私保護與數據安全技術研究

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0047-03

【Abstract】With the popularization of inteligent networked vehicles，the vehicle mobile communication system has becomean interaction hub for sensitivedata such as geographic information，biometricsanddriving behavior，and its privacy leakage and data tampering risk pose a double threat to personal safety and social trafic order.Existing encryption theoriesand anonymization techniques face arithmetic constraintsandreal-time chalenges indynamic networking environments，while the heterogeneous architectureof in-vehicle networks further exacerbates thecomplexity of the security protectionsystem.Therefore，this papersystematicallydiscusses the whole ifecycle encryption mechanism of in-vehicle terminal data streams，privacy-enhanced authentication protocols，and atack self-healing monitoring frameworks， with theexpectationof establishing alightweight privacy-securitycollaborative technology paradigmforhighmobility Vehicle-to-Connection scenarios，and providing theoretical supportfor trustworthycommunications in theeraof autonomous driving.

【Key Words】automotive mobile communication;privacy protection;data security;encryption technology

0 引言

汽車移動通信依托車聯萬物（Vehicle-to-Everything，V2X）架構實現了車端、路側與云端的多維協同交互，在優化交通流效率與安全性的同時，也引發了復雜的隱私泄露與數據完整性挑戰。學術界已明確揭示其風險本質：Westin的隱私情境理論指出，車輛實時上傳的行蹤軌跡與駕乘行為特征構成動態的隱私邊界載體，其在通信網絡中的暴露風險隨節點密度與拓撲關系變化呈非穩態遞增；Anderson的車載安全模型則證實，電子控制單元間依賴CAN總線等安全性薄弱的通信協議傳輸核心控制命令，攻擊者可能通過偽造關鍵指令流破壞車輛功能邏輯鏈[1。當前的核心安全挑戰呈現三層矛盾形態：在通信傳輸層，缺乏強安全防護的敏感數據面臨非授權截獲與操控威脅；在平臺存儲層，集中式數據處理體系導致數據權限的持續弱化與邊界消解；在應用服務層，遠程軟件升級鏈路上的潛在攻擊接口加劇了系統級篡改風險。面對上述復合型安全威脅，亟需通過融合加密認證、信道防護、主動監控的三維技術體系，構建覆蓋數據全生命周期的防御機制，實現安全防護與通信效能的共生演進。

1汽車移動通信中的隱私保護與數據安全需求

1.1汽車移動通信技術概述

汽車移動通信技術以車輛為移動節點，通過專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）、蜂窩車聯網（CellularVehicle-to-Everything，C-V2X）等協議，實現車與車（Vehicle-to-Vehicle，V2V）、車與路側設施（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）、車與云端（Vehicle-to-Network，V2N）的動態互聯。其結構示意如圖1所示。

圖1汽車移動通信技術架構示意圖[2]

該系統集成毫米波雷達、激光雷達等傳感設備，實時采集環境數據，經由車載以太網或CAN-FD總線傳至中央網關，最終通過5G/6G無線信道與交通管理中心或服務云平臺交互。通信協議棧涵蓋物理層的信號調制、網絡層的位置路由到應用層的協同駕駛指令解析，形成覆蓋感知、決策與控制的全鏈路數據傳輸能力。

1.2隱私保護與數據安全的挑戰

汽車移動通信系統面臨嚴峻的隱私泄露與數據安全威脅。車輛身份標識、實時位置軌跡、用戶生物特征等敏感信息在無線廣播鏈路中易遭非法截獲；云端存儲的駕駛行為畫像存在未授權訪問風險；惡意節點可通過偽造車輛身份發起虛假路況廣播，誘發交通混亂。控制指令傳輸過程若未加密，攻擊者可篡改制動或轉向信號導致車輛失控。復雜網絡環境下，黑客利用空中下載技術（Over-the-Air，OTA）升級漏洞植入勒索軟件，甚至通過入侵ECU形成分布式僵尸網絡[3。海量異構數據的快速流動使傳統邊界防護失效，而資源受限的車載設備難以部署高開銷加密方案。這些挑戰亟需構建輕量級動態防護體系。

表1隱私保護與數據安全的挑戰

位置數據嗅探利用通信協議開放性直接獲取敏感信息，屬高頻基礎威脅；車輛身份偽造與指令篡改因缺乏強認證機制，直接危及行車安全，后果最為嚴重；云端數據濫用暴露權限控制缺陷，雖然單次影響有限，但長期累積損害用戶信任；分布式拒絕服務攻擊利用車輛節點資源有限性，造成局部車聯網絡癱瘓；OTA污染則通過破壞升級包完整性威脅整個車隊安全。五類威脅在通信層、平臺層與應用層交織形成系統性風險，需建立縱深化防御策略。

2汽車移動通信中的隱私保護技術

2.1 數據加密技術

汽車移動通信的數據加密需兼顧安全性與實時性。車載總線主要采用對稱加密算法保障控制指令安全，如AES-128方案在CAN-FD總線上實現微秒級延遲的報文加密，確保油門、制動等關鍵指令防篡改。V2X通信則部署混合加密體系：通過橢圓曲線加密（Elliptic CurveCryptography，ECC）完成車輛與路側單元的高效密鑰協商，再利用對稱密鑰加密海量傳感器數據[4。針對5G/6G車云通信，采用傳輸層加密（TLS1.3）結合應用層字段級加密，保障用戶個人數據在云端存儲時的機密性。動態密鑰管理技術實現每 5min 自動輪換會話密鑰，防止長期密鑰泄露造成的系統性風險。資源優化型加密引擎可部署于車載微控制器單元（MicrocontrollerUnit，MCU），將加密吞吐量提升至 2Gb/s 以適配4K攝像頭數據流需求。

2.2 匿名化與去標識化技術

隱私保護通過分級脫敏機制實現。短期假名管理為車輛分配周期性更換的虛擬標識，路側設備驗證有效性時同步連接真實身份數據庫，單次假名有效期不超過 15min 。位置軌跡數據先經空間模糊化處理，將GPS經緯度擴大為 50m 半徑區域，再通過差分隱私加入拉普拉斯噪聲干擾，確保連續軌跡無法被關聯還原。用戶生物特征如指紋或面紋，采用特征變換技術提取不可逆模板，轉換誤差控制在 3% 以內以平衡識別精度與隱私強度。駕駛行為畫像在云平臺使用 k-Ω 匿名聚合算法，每500輛相似駕駛模式車輛合并為群體畫像，消除個體可識別性。該技術將原始數據關聯風險降低至 0.2% 以下。

2.3數據完整性與簽名技術

數據真實性驗證依賴數字簽名與防篡改機制。車際通信中的協同駕駛指令采用輕量級橢圓曲線數字簽名算法（EllipticCurveDigital SignatureAlgorithm，ECDSA）簽名（ secp256r1 曲線），單次簽名時間壓縮至 8ms 以內，路側單元基于預置證書鏈實現百毫秒級批量驗證。車載總線傳輸利用信息驗證碼（MessageAuthenticationCode，MAC）校驗報文完整性，32位循環冗余校驗（Cyclic redundancycheck，CRC）結合AES-GMAC算法可識別 99.98% 的篡改攻擊。OTA升級包部署三級驗證：云平臺使用RSA-2048生成固件哈希值簽名，車載網關驗證簽名后轉用HMAC-SHA256二次校驗分塊數據，微控制器最后比對硬件安全模塊的預燒錄根證書。動態感知數據采用區塊鏈輔助存證，路況信息上鏈生成時間戳哈希摘要，事后可審計但不可修改。

3汽車移動通信中的數據安全技術

3.1 身份認證與授權技術

車輛身份認證采用多級驗證機制確保設備合法性。車端嵌入式安全芯片（eSE）預置不可克隆的物理根密鑰，車輛啟動時通過與云端證書服務中心交互獲取短期設備證書。V2X通信前進行雙邊認證：路側單元利用在線證書協議（OnlineCertificateStatusProtocol，OCSP）實時核驗車輛證書狀態，車輛同步驗證路側單元簽發的時間戳有效性，全過程在 200ms 內完成[5]。云端訪問控制實施基于角色的訪問控制模型（Role-BasedAccessControl，RBAC）與屬性基加密（Attribute-Based Encryption，ABE）結合的策略，例如制動數據僅允許車輛所有者與授權維修商訪問，且每次查詢需動態驗證操作者生物特征。數字鑰匙系統通過超寬帶（UltraWideBand，UWB）信道傳輸經AES-GCM加密的臨時令牌，令牌綁定用戶手機硬件指紋與車輛VIN碼實現雙重因子認證。該體系阻攔了 99.3% 的非法接入嘗試。

3.2 安全通信協議

通信協議設計聚焦防御中間人攻擊與重放威脅。V2V基礎安全消息（BSM）使用IEEE1609.2標準定義的安全信封結構：消息頭包含發送者假名證書，載荷采用ECC加密的傳感器數據，尾部附加16字節的基于密碼的消息認證碼（Cipher-basedMessageAuthenticationCode，CMAC）。車云信道部署基于快速UDP互聯網連接（QuickUDPInternetConnections，QUIC）的第三代協議，在傳輸層整合O-RTT握手技術與前向保密密鑰交換，連接建立時延降低至1/3。自動駕駛協同場景應用雙信道冗余機制：關鍵控制指令通過專用5GURLLC切片傳遞保障毫秒級時延，非緊急數據走負載均衡的 IPv6 多路徑隧道。隧道內實施IPsec封裝與流加密，防止路徑嗅探。協議棧性能損耗控制在總線帶寬 8% 以內。

3.3 防御與監控技術

車輛通信系統的主動防御體系構建多層級監控能力。車載入侵檢測系統在車輛不同網絡接口部署監控探針：控制器域網絡設置指令白名單過濾設備控制請求，車載以太網接口部署規則引擎識別惡意攻擊特征碼，通信模塊內置流量基線分析機制偵測異常數據波動。云端安全運營中心對接車輛企業的安全基礎設施，通過分析海量車輛運行日志建立威脅關聯模型，準確識別網絡攻擊行為的傳播路徑。系統采取分級響應處置策略：針對勒索軟件類攻擊立即隔離受控部件并恢復初始安全固件；對于偽造位置信息的攻擊行為暫時限制定位輸出并進行軌跡真實性驗證。道路輔助設備實施持續安全掃描，與車載系統共同形成全時段動態防護網絡。該防御體系實現從威脅識別、行為分析到主動攔截的完整閉環，顯著增強系統應對新型攻擊手段的能力。

4結束語

汽車移動通信的隱私與安全防護體系建設需依賴多層次技術融合。數據加密與匿名化機制在終端側構成基礎防護層，依托車載硬件的可信認證能力確立通信主體的合法性，精細化的權限管理則進一步約束關鍵數據的流轉范圍。面向復雜場景的通信協議設計，通過在效率與安全性之間尋求平衡，為實時車路協同及遠程服務提供了可靠通道。動態防御體系憑借持續威脅感知與響應能力，顯著增強了對新型攻擊手段的適應性。實踐表明，綜合應用這些技術能夠有效維護通信鏈路與數據資產的安全。未來應著力突破輕量化安全模塊的設計瓶頸，并前瞻探索跨系統信任協作機制的創新方向，為智能駕駛的深化發展構筑堅實的安全支撐。

參考文獻

[1]殷湘泉.UHF移動通信技術在汽車分隊指揮中的應用分析[J].南方農機，2019，50（8）：189.

[2]阿寶說車.汽車的網絡互聯技術[EB/OL].[2023-11-15].https：//zhuanlan.zhihu.com/p/666033681.

[3]汪海平，崔立輝，吳峰，等.UHF移動通信技術在汽車分隊指揮中的應用展望[J].國防交通工程與技術，2012，10（1）：9-11.

[4]王正斌，張業榮，張華美.汽車流量對移動通信信號的影響研究[J].南京郵電學院學報，2005（6）：27-30.

[5]徐欣欣，葉敦范.汽車電子技術的新應用——車載移動通信電話系統的實現[J].微計算機信息，2005（13）：124-126.

（編輯 楊景）