1、引言

隨著人們經(jīng)濟(jì)生活水平的日益提升，交通行業(yè)得到了大力發(fā)展，我國(guó)汽車市場(chǎng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，家庭或個(gè)人擁有私家車的比例逐年上升。根據(jù)公安部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止2023年底，我國(guó)的機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)達(dá)到了4.35億輛，其中汽車保有量為3.36億輛；機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)说臄?shù)量達(dá)到了5.23億人，其中汽車駕駛?cè)藶?.86億人；2023年新注冊(cè)登記的機(jī)動(dòng)車數(shù)量為3480萬(wàn)輛，其中新注冊(cè)登記的汽車數(shù)量為2456萬(wàn)輛[1]。機(jī)動(dòng)車數(shù)量的急劇增加，導(dǎo)致了城市道路的嚴(yán)重?fù)矶?，交通事故頻頻發(fā)生，給國(guó)家、人民帶來(lái)了生命財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》的過(guò)往數(shù)據(jù)，我國(guó)每年大約有6萬(wàn)人因交通事故喪生，因交通事故造成的直接財(cái)產(chǎn)損失在10.4-14.5億元之間[2]。為了提高交通治理水平，保障行車安全，提高駕駛體驗(yàn)，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)時(shí)而生。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以無(wú)線通信技術(shù)為支撐，通過(guò)車輛上的傳感設(shè)備、車載設(shè)備和通信模塊，實(shí)現(xiàn)了車與車、車與人、車與道路基礎(chǔ)設(shè)施、車與網(wǎng)絡(luò)、車與萬(wàn)物之間的低時(shí)延高可靠通信，從而挖掘出重要的交通環(huán)境信息，根據(jù)不同的功能需求對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)管和提供綜合服務(wù)[3][4]。經(jīng)典的車聯(lián)網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)參考模型如圖1所示。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)參考模型

車聯(lián)網(wǎng)中的通信主要是在無(wú)線信道中進(jìn)行，而無(wú)線信道開(kāi)放性和包容性的特點(diǎn)使得其很容易遭受各種安全性攻擊[5]。一方面，一些不法分子可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的無(wú)接觸遠(yuǎn)程攻擊，如任意控制車輛的車窗、后視鏡、音樂(lè)播放器等，甚至可以使汽車在行駛過(guò)程中突然加速、剎車、轉(zhuǎn)向，這對(duì)駕駛?cè)说纳踩斐闪藝?yán)重的威脅。2015年8月，安全研究人員查理·米勒和克里斯·瓦拉賽克展示了他們?nèi)绾芜h(yuǎn)程入侵一輛正在行駛的Jeep自由光SUV，并控制了車輛的關(guān)鍵系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等，這次入侵是通過(guò)利用克萊斯勒Uconnect車載系統(tǒng)的漏洞進(jìn)行的，該事件最終促使克萊斯勒公司宣布召回了140萬(wàn)輛相關(guān)車型。另一方面，每輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車都具有數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)哪芰?，可以獲取車主身份、行駛軌跡、駕駛習(xí)慣、通訊錄及通話內(nèi)容等敏感信息，這些信息一旦被攻擊者獲取，很容易提高犯罪行為實(shí)施的概率，如：車輛盜竊、騷擾、綁架等。因此，車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)一直是車聯(lián)網(wǎng)的重要研究方向之一。本文首先介紹了車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)的分類，然后重點(diǎn)探討了基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)技術(shù)。

2.背景介紹

2.1車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)

根據(jù)隱私保護(hù)的對(duì)象，車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)可以分為三種類型：身份隱私保護(hù)[6]、位置隱私保護(hù)[7]和軌跡隱私保護(hù)[8]。

（1）身份隱私保護(hù)

身份隱私保護(hù)是確保用戶在使用車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)，其個(gè)人身份信息不被非法獲取和使用，常用的方法有以下幾種：

• 匿名認(rèn)證技術(shù)：通過(guò)匿名身份保護(hù)用戶身份，使用假名變更技術(shù)周期性更換用戶身份標(biāo)識(shí)。
• 數(shù)字證書(shū)和數(shù)字簽名：使用基于商用密碼的數(shù)字證書(shū)、數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車載信息交互系統(tǒng)與外部設(shè)備的安全通信。
• 基于同態(tài)加密和區(qū)塊鏈技術(shù)：通過(guò)在區(qū)塊鏈中使用同態(tài)加密技術(shù)，可以在不泄露原始數(shù)據(jù)的情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，有效保護(hù)用戶隱私。

（2）位置隱私保護(hù)

位置隱私保護(hù)是確保用戶在使用車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)，車輛的位置信息不被非法獲取和使用，常用的方法有以下幾種：

• 基于差分隱私的個(gè)性化位置隱私保護(hù)方案：通過(guò)定義歸一化的決策矩陣描述導(dǎo)航推薦路線的效率和隱私效果，引入多屬性理論建立效用模型，并將用戶的隱私偏好整合到該模型中，選擇效益最佳的駕駛路線。此外，考慮用戶的隱私偏好需求，以距離占比為衡量指標(biāo)，為用戶分配合適的隱私預(yù)算，并確定虛假位置的生成范圍。
• 基于聚類和深度學(xué)習(xí)：通過(guò)時(shí)間圖卷積網(wǎng)絡(luò)（T-GCN）模型提取軌跡的時(shí)空特征，并結(jié)合差分隱私技術(shù)，在數(shù)據(jù)中加入適量噪聲以實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)，抵御背景知識(shí)攻擊。
• 基于同態(tài)加密和區(qū)塊鏈技術(shù)：同身份隱私保護(hù)。

（3）軌跡隱私保護(hù)

車輛軌跡數(shù)據(jù)的采集，有助于緩解交通管理系統(tǒng)在交通堵塞以及肇事車輛追蹤等方面的壓力。因此，車輛軌跡隱私保護(hù)的相關(guān)研究引起了廣泛的關(guān)注。有學(xué)者采用同態(tài)加密技術(shù)，通過(guò)車輛之間的密鑰共享來(lái)實(shí)現(xiàn)軌跡隱私保護(hù)。但是，這種共享密鑰的方法具有局限性，只能適用于車輛密度高的環(huán)境。還有學(xué)者提出了一種使用多個(gè)混合區(qū)域的軌跡隱私策略。通過(guò)不斷改變假名，使得假名不可鏈接，保護(hù)車輛軌跡隱私。另外，有學(xué)者提出了具有隱私保護(hù)的路線報(bào)告方案，該方案采用同態(tài)加密和錯(cuò)誤檢查糾正技術(shù)相結(jié)合的方法來(lái)隱藏和聚合車輛的路徑。不僅保護(hù)了駕駛員的軌跡隱私，還防止了惡意車輛間的串通攻擊。

此外，根據(jù)隱私保護(hù)的實(shí)施機(jī)制，車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)可以分為三種類型：基于匿名的隱私保護(hù)、基于模糊的隱私保護(hù)和基于加密的隱私保護(hù)。

（1）基于匿名/假名的隱私保護(hù)

基于匿名的隱私保護(hù)機(jī)制是將車輛的真實(shí)身份/位置匿名隱藏，以保護(hù)用戶的身份/位置隱私[9]。k匿名技術(shù)[10]常被用于基于匿名的隱私保護(hù)機(jī)制中，其核心思想是對(duì)用戶的身份/位置進(jìn)行k匿名化。根據(jù)最大熵原理，找到k個(gè)歷史請(qǐng)求概率最接近的合適車輛，將真實(shí)車輛隱藏在這k個(gè)車輛中，從而保護(hù)車輛的身份或位置隱私。但是，在基于匿名的隱私保護(hù)機(jī)制中，一般需要一個(gè)可信的第三方匿名服務(wù)器（如CA）。由于第三方匿名服務(wù)器的存在，基于匿名的隱私保護(hù)機(jī)制只適用于集中應(yīng)用。而且，當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，匿名服務(wù)器容易存在瓶頸效應(yīng)，嚴(yán)重影響服務(wù)響應(yīng)時(shí)間和用戶滿意度；當(dāng)用戶數(shù)量較少時(shí)，匿名服務(wù)器難以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)k匿名化，導(dǎo)致基于匿名的隱私保護(hù)機(jī)制效果失效。

（2）基于模糊的隱私保護(hù)

在基于模糊的隱私保護(hù)機(jī)制中，通常采用改變數(shù)據(jù)屬性的方式來(lái)保護(hù)用戶隱私。直接使用假的數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，從而不泄露用戶真實(shí)的數(shù)據(jù)信息。如使用隨機(jī)數(shù)據(jù)擾動(dòng)技術(shù)，將隨機(jī)噪聲添加到用戶的實(shí)際數(shù)據(jù)中。由于基于模糊的隱私保護(hù)機(jī)制會(huì)產(chǎn)生較大的信息損失，嚴(yán)重影響車聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。因此，在實(shí)際車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，一般不采取基于模糊的隱私保護(hù)機(jī)制保護(hù)用戶隱私。

（3）基于加密的隱私保護(hù)

基于加密的隱私保護(hù)機(jī)制是一種重要的信息保護(hù)手段。一般用到的加密技術(shù)有：群簽名、雙線性映射、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施加密、橢圓曲線加密。但是，基于加密的隱私保護(hù)機(jī)制對(duì)用戶的終端設(shè)備有很高的性能要求，如存儲(chǔ)和計(jì)算能力。

2.2車聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈：

2008年，一位化名中本聰?shù)娜嗽凇侗忍貛牛阂环N點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》一文中首次提出區(qū)塊鏈技術(shù)，它是一種包含分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，能夠有效降低數(shù)據(jù)管理成本、提升工作效率和保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性[11]。

區(qū)塊鏈的核心特點(diǎn)包括：

（1）去中心化

區(qū)塊鏈不依賴于中心化的管理機(jī)構(gòu)或硬件設(shè)施，數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)。

（2）不可篡改

一旦數(shù)據(jù)被寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈，就無(wú)法更改或刪除，保證了數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。

（3）透明性

區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)參與者開(kāi)放，確保了高度的透明度。

（4）安全性

利用加密技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)，防止未授權(quán)訪問(wèn)和篡改。

（5）可追溯性

區(qū)塊鏈上的每筆交易都有記錄，可以追溯資產(chǎn)的來(lái)源和流向。

區(qū)塊鏈在本質(zhì)上是一種鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)非對(duì)稱密碼算法、共識(shí)機(jī)制、分布式存儲(chǔ)等方法，實(shí)現(xiàn)了鏈上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)很難被篡改和刪除[12]。由于具備以上優(yōu)良特點(diǎn)，區(qū)塊鏈為車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了技術(shù)革新，兩者結(jié)合成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)、組織和公司研究的熱點(diǎn)之一[13]。車聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈中各實(shí)體與技術(shù)構(gòu)成了如圖2所示的層級(jí)架構(gòu)。各層級(jí)具體技術(shù)介紹如下：

圖2 車聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈層級(jí)

圖片

架構(gòu)

（1）應(yīng)用層

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的最高層，主要是指基于車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和應(yīng)用的層次。該層可以將車輛和交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)車險(xiǎn)服務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等應(yīng)用。車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的主要作用是為車主、交通管理部門(mén)和其他相關(guān)組織提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確并有用的交通信息，以提高交通安全性和交通效率。

（2）區(qū)塊鏈層

在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理和交換層，可以對(duì)車輛和道路設(shè)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、存儲(chǔ)、驗(yàn)證和交換，從而提高數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和透明度。車聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈層的主要作用是提供一個(gè)去中心化的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，基于智能合約和跨鏈機(jī)制等技術(shù)，使車輛和交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的數(shù)據(jù)交換更加安全、可靠和高效。

（3）網(wǎng)絡(luò)層

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信協(xié)議，主要負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層進(jìn)行處理和分析。車輛之間網(wǎng)絡(luò)通信主要是指車輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信，這種通信需要采用特定的協(xié)議和技術(shù)，包括車輛間通信、車路協(xié)同通信和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施通信等，以實(shí)現(xiàn)車輛之間的信息交換和協(xié)同行駛。

（4）感知層

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一層，主要負(fù)責(zé)采集車輛和交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)，包括車輛位置、速度、狀態(tài)和環(huán)境等信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通狀況的感知和監(jiān)控。感知層通常由GPS、手機(jī)和傳感器等設(shè)備組成，它們可以在車輛和交通基礎(chǔ)設(shè)施上安裝，并與車輛和交通管理中心進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)傳輸交通數(shù)據(jù)。感知層的數(shù)據(jù)可以通過(guò)車載通信設(shè)備或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等方式傳輸?shù)杰嚶?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，為交通管理提供更加科學(xué)的依據(jù)。

3、基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)可以防止車輛/用戶的敏感信息被泄露。目前，車聯(lián)網(wǎng)身份隱私保護(hù)多采用匿名認(rèn)證的方案，位置隱私保護(hù)多采用基于模糊、混合區(qū)域、k匿名的方案。然而，上述方案未解決單點(diǎn)故障、服務(wù)不穩(wěn)定的問(wèn)題，區(qū)塊鏈以分布式、透明、不可篡改的方式記錄各方的交易，為車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)提供新的解決方案?，F(xiàn)有基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)研究主要包含身份隱私保護(hù)和位置隱私保護(hù)。

（1）基于區(qū)塊鏈的車輛身份隱私保護(hù)

基于區(qū)塊鏈的車輛身份隱私保護(hù)的研究主要分為基于匿名認(rèn)證和基于假名兩類。

①基于匿名認(rèn)證的車輛身份隱私保護(hù)

現(xiàn)有基于匿名認(rèn)證的車輛身份隱私方案多采用加密、加噪、混合等方式處理身份標(biāo)識(shí)，使得惡意節(jié)點(diǎn)無(wú)法獲得車輛真實(shí)身份。然而，集中式匿名認(rèn)證方案易遭受中心實(shí)體性能瓶頸和單點(diǎn)故障問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，文獻(xiàn)[14]面向VANET提議駕駛員基于車輛信息在根信任機(jī)構(gòu)注冊(cè)后得到公私鑰、系統(tǒng)密鑰，并將指紋等生物特征存儲(chǔ)在根區(qū)塊鏈中，從而有效地保護(hù)車輛的真實(shí)身份。文獻(xiàn)[15]面向車輛霧服務(wù)提出基于區(qū)塊鏈和霧計(jì)算的輕量級(jí)匿名認(rèn)證方案，車輛在審計(jì)部門(mén)基于橢圓曲線加性循環(huán)群的系統(tǒng)參數(shù)中隨機(jī)選擇整數(shù)作為私鑰的一部分，并使用私鑰加密身份信息發(fā)送給審計(jì)部，審計(jì)部門(mén)使用自身公鑰加密身份信息，保證車輛真實(shí)身份的隱私性。

②基于假名認(rèn)證的車輛身份隱私保護(hù)

基于區(qū)塊鏈和假名認(rèn)證的車輛身份隱私保護(hù)方案利用不可偽造的區(qū)塊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)和分發(fā)車輛的偽標(biāo)識(shí)，確保認(rèn)證的可靠性和隱私性。文獻(xiàn)[16]面向車輛通信提議信任機(jī)構(gòu)基于橢圓曲線參數(shù)為其隨機(jī)生成一次性假名隱藏身份識(shí)別碼，實(shí)現(xiàn)車輛身份的隱私保護(hù)，并使用聯(lián)盟區(qū)塊鏈對(duì)邊緣通信數(shù)據(jù)進(jìn)行審核、驗(yàn)證，并將驗(yàn)證通過(guò)的數(shù)據(jù)記錄在區(qū)塊鏈中，保證數(shù)據(jù)的可追溯性。文獻(xiàn)[17]面向VANET提出由TA組成的私有鏈存儲(chǔ)真實(shí)身份和偽身份標(biāo)識(shí)，以支持特定區(qū)域的身份認(rèn)證，保證身份認(rèn)證的隱私性和可靠性；同時(shí)，由RSUs組成的本地鏈存儲(chǔ)諸如交通擁堵等事件消息，保證消息傳播的安全性。

（2）基于區(qū)塊鏈的車輛位置隱私保護(hù)

當(dāng)前，在基于區(qū)塊鏈的車輛位置隱私保護(hù)的研究中，基于加密和基于k匿名的方案成為主流研究熱點(diǎn)。

①基于加密的車輛位置隱私保護(hù)

基于加密的位置隱私保護(hù)利用加密算法對(duì)車輛的位置信息進(jìn)行加密，使得其他節(jié)點(diǎn)難以獲得車輛的真實(shí)位置信息。文獻(xiàn)[18]面向基于車輛的空間眾包應(yīng)用提出使用區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)分布式的位置隱私保護(hù)。

②基于k匿名的車輛位置隱私保護(hù)

基于k匿名的位置隱私保護(hù)使用k個(gè)參與者的位置構(gòu)建匿名隱身區(qū)域，使得車輛在匿名隱身區(qū)域與至少“k?1”個(gè)參與者聯(lián)系，有效地保護(hù)車輛的位置隱私。文獻(xiàn)[19]提議車輛在RA上注冊(cè)獲得假名和初始信任值，并以交易賬單的形式存儲(chǔ)在RSU區(qū)塊鏈上，以便車輛隨時(shí)查詢信任值。在構(gòu)建隱身區(qū)域時(shí)，車輛結(jié)合基于狄利克雷分布的歷史信任記錄和當(dāng)前行為計(jì)算合作車輛信任值，并將車輛到期的假名和新的信任值發(fā)送給RSU，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建可信隱身區(qū)域過(guò)程中的車輛位置隱私。

4、結(jié)論

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力發(fā)展，越來(lái)越多的車輛數(shù)據(jù)涉及不同領(lǐng)域之間的信息交換和共享。在此背景下，車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)之一。本文首先介紹了車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)的分類，然后重點(diǎn)探討了基于區(qū)塊鏈的車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)技術(shù)。綜合來(lái)看，目前的車聯(lián)網(wǎng)隱私保護(hù)技術(shù)仍存在一些不足之處，只有不斷探索效能更高、魯棒性更強(qiáng)的隱私保護(hù)技術(shù)，才能為車聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

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