《汽车工程》2025年第8期发表了合肥工业大学自动驾驶汽车安全技术安徽省重点实验室等机构联合研究成果"基于量子密钥的无人机辅助车辆认证方案"一文。针对路侧单元故障导致的通信服务中断问题，虽然凭借无人机快速部署的能力可构建临时基站，但由于无人机与车辆之间的通信网络具有开放性高、拓扑动态变化等特点，带来了安全与认证方面的挑战。因此，文章为实现安全通信与轻量化认证，建立了一套面向无人机辅助车辆通信协作场景的安全认证架构，构建了可抵御恶意节点攻击且支持身份追溯的轻量级认证协议，通过与现有典型方案的计算开销进行对比，证明了该方案在实现高效安全通信方面具有显著优势。
一、研究背景
随着车路云一体化的快速发展，车载自组网（VANET）可提升驾驶安全与舒适性，其依赖路侧单元（RSU）与云端处理道路信息，但RSU发生故障时，通信中断将影响交通效率。无人机凭借灵活部署和通信能力，可替代故障RSU作为移动基站，协助完成车辆认证与信息传递。
然而，无人机与车辆通过开放信道通信，面临隐私泄露、数据篡改和物理攻击等风险。现有认证方案多基于椭圆曲线密码（ECC），存在计算开销大、效率低，且难以追溯恶意车辆身份的问题。随着量子计算发展，传统加密方法的安全性受到挑战。部分研究尝试结合物理不可克隆函数（PUF）或格密码以增强安全性与抗量子能力，但仍需更轻量化、能抵御多种攻击的认证机制。
二、研究内容
1. 文章提出一种轻量级认证方案。通过量子对称密钥、哈希函数及异或运算通盈证券，实现无人机与车辆间的快速身份认证与安全通信，并支持对恶意节点的身份追溯。
图1 轻量级认证方案架构
图2 无人机和车辆通信平台
2. 利用PUF基于半导体固有物理差异产生的不可克隆特性，为无人机提供硬件级安全保护，防止设备被复制或仿冒。
三、研究结果通盈证券
1. 形式化安全证明：Scyther作为一种在完美密码学假设下进行形式化安全分析的工具，可对协议进行安全性分析。验证结果表明认证阶段具有安全性。
表1 所验证的安全属性
2. 不同方案性能分析：为验证该方案通信协议的轻量化，文章将所提协议与其他学者提出的无人机辅助车辆认证协议在计算开销上进行对比，结果证明该方案在降低开销方面更具优势。
表2 不同方案计算开销对比
图3 无人机端计算开销对比图
3. Veins、OMNet++和SUMO联合构建仿真环境：测试不同方案在车辆增多时，平均的通信时延和丢包率的大小。仿真结果表明该方案在降低通信开销和丢包率方面表现更优性能，证明了文章方案具有可行性。
图4 联合仿真分析结果
四、创新点与意义
RSU作为VANET场景中关键通信节点，当其出现故障时，无人机可充当临时移动基站，为道路车辆提供持续通信服务。使用量子密钥、哈希函数和PUF等加密方法提升了无人机与车辆之间数据传输的安全性通盈证券，保证了无人机的物理安全，并实现了对恶意车辆身份信息的追溯。经形式化安全分析工具Scyther验证，论文方案具备较好的安全性，与其他方案相比降低了计算开销。仿真结果表明，论文方案在通信时延和丢包率方面均表现优异，为车路云一体化系统中应急通信与安全认证提供了切实可行的解决方案。
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