An efficient alert system for improving crosswalks’ security

Abstract

A key characteristic of Smart Cities is the ability to reduce conflicts between different agents coexisting in a dynamic system, such as the interaction between vehicles and pedestrians. This dissertation describes a system to augment the awareness of vehicle drivers regarding the presence of pedestrians in nearby crosswalks. To address this need, the system interconnects Road Side Units (RSUs), which are informed about the state of the crosswalks, and vehicles, in order to spread to vehicles the information about the presence of pedestrians in crosswalks. To prevent false information spreading, RSUs sign the alert messages they broadcast and all vehicles can validate the signatures. This poses strong security requirements, such as non-repudiation of alert messages, as well as strong real-time requirements, such as minimum message validation delays among vehicles approaching a crosswalk of interest. Because of this, the system minimizes the usage of asymmetric ciphers, which are fundamental to assure non-repudiation but increase performance penalties, and uses mostly symmetric ciphers for source authentication. To do so, we designed a new protocol, called Nimble Asymmetric Cryptography (NAC), which broadcasts and authenticates, implicit hash messages.

Uma das características chave das cidades inteligentes é a possibilidade de reduzir os conflitos físicos existentes entre os diferentes agentes que coexistem neste sistema dinâmico. Um dos exemplos é a interação entre peões e veículos. Esta dissertação descreve um sistema que visa aumentar a consciência do condutor do veiculo relativamente à presença de peões nas passadeiras das redondezas. Para responder a esta necessidade o sistema liga Road Side Units (RSUs), que tem informação sobre o estado de ocupação da passadeira, e os veículos, desta forma espalhando para os veículos o estado de ocupação das passadeiras. Para prevenir que falsas informações sejam disseminadas, as RSUs assinam as mensagens que enviam, permitindo a todos os veículos que validem estas assinaturas. Este cenário impõe fortes requisitos de segurança, por exemplo o não repúdio das mensagens de alerta, bem como requisitos de tempo real, como por exemplo tempos de validação das mensagens reduzidos que entre veículos que estejam a aproximar-se da passadeira de interesse. Tendo por base estes requisitos, o sistema procura reduzir o recurso a cifras assimétricas, que são fundamentais para garantir o não repúdio mas têm elevados tempos de validação, e vale-se maioritariamente de cifras simétricas para garantir a autenticação do emissor da mensagem. Para garantir estes requisitos, foi desenvolvido um protocolo, a que chamámos de Nimble Asymmetric Cryptography (NAC) que dissemina e autentica cifras simétricas de significado implícito.