Vanet security through group broadcast encryption

Abstract

Resumo: Redes vehiculares Ad hoc (VANETs) são uma especialização de redes móveis Ad hoc (MANETs), aplicadas a veículos como carros, trens e ônibus. Estas redes são implementadas sobre uma camada de comunicação sem fio, como por exemplo Bluetooth, Wi-Fi, 4G ou até mesmo 5G. É possível desfrutar de diversas aplicações a partir da comunicação entre veículos, desde melhoria na segurança de transeuntes até a inclusão de funcionalidades de conveniência social ao tráfego diário. Porém, funções de segurança precisam de uma rede de alta velocidade, que dificulta muito o cenário sem fio. Entregar tantas mensagens em tão pouco tempo já é um desafio, porém, adicionar uma camada de segurança da informação e verificação pode lesar a rede significativamente. Neste trabalho, um estudo foi conduzido para avaliar a possibilidade de utilizar uma solução híbrida entre criptografias simétricas e assimétricas para comunicação veicular, apresentando a proposta de utilização de Group Broadcast Encryption (Criptografia de grupo) como solução de segurança para VANETs, trazendo um desempenho mais próximo da utilização de criptografia simétrica, diminuindo o total de mensagens necessárias para trafegar em rede, e assim, o tempo de resposta. Simulações foram preparadas e executadas utilizando o The ONE, e foram feitas comparações do uso de três algoritmos de criptografia para VANETs. Os dados resultantes apresentam a viabilidade do uso de criptografia em grupo (Group Broadcast Encryption) para simplificar a fase de segurança da informação, reduzindo a capacidade de armazenamento e diminuindo de forma significativa o número de mensagens na rede. Palavras-chave: Vehicular network, cellular, cryptography, security.

Abstract: Vehicular Ad-Hoc networks (VANETs) are a specialized type of MANET, applied to vehicles such as cars, trains and buses, implemented on top of wireless communication protocols such as Bluetooth, Wi-Fi, 4G or 5G. There are many different applications when connecting vehicles, ranging from improving the safety of commuters to adding social convenience to everyday traffic. However, safety functions require high speed networks, and add great weight to the wireless scenario. Delivering several messages in such a small amount of time is already a challenge, however, adding security and verification layer burdens the network into failing this task. This article demonstrates the feasibility of using a hybrid solution between symmetric and asymmetric cryptography to allow safe vehicular communications. In this work, we present the possibility of using Group Broadcast Encryption as a security solution for VANETs, thus, achieving a better performance of the same order as using symmetric cryptography, by decreasing the number of messages in the network, and in consequence, response times. Simulations were set-up and run using The ONE, comparing the usage of three different cryptography layers for VANETs. The resulting data promises that group broadcast encryption can be used to simplify the encrypting phase, reduce required storage and significantly decrease the number of messages in the network. Keywords: Vehicular network, cellular, cryptography, security.