车载自组网(Vehicular Ad Hoc Networks,VANETs)是传统的移动自组网(Mobile Ad Hoc Networks,MANETs)在交通道路上的应用,是一种特殊的移动自组网。近些年来,随着无线通讯技术和汽车产业的快速发展,VANETs开始进入人们的视野并且被广泛研究,VANETs的安全问题也随之成为人们关注的焦点。本文主要包括两个部分:第一部分对VANETs的安全水平进行定量化研究,为采取适当的安全保护机制(Security Protection Mechanisms,SPMs)提供依据;第二部分提出一个保障VANETs安全通信的模型,可以避免隐私泄露、数据篡改等问题。VANETs可以被看成是一个经典的具有情景感知能力的系统。随着车辆的不断移动,车速、车流量和信噪比等情景因素会快速发生变化,使拓扑结构、链路状态等发生改变,VANETs的安全水平也会随之变化。基于VAENTs的这种特殊性,本文将VANETs的安全性看成是其内在的一种属性,只与用户自身行为和周围的情景因素有关,与受到的攻击方式、攻击强度等无关。由于VANETs时变的特征,本文采用非齐次连续时间马尔可夫链(Inhomogeneous Continuous Time Markov Chain,ICTMC)实时量化网络安全水平,将网络分成了7种状态,每种状态之间可以相互转化,用安全状态的稳态值表示当前的安全水平。ICTMC又可以被拆分成一个表示状态访问序列的非齐次离散时间马尔可夫链(Inhomogeneous Discrete Time Markov Chain,IDTMC)和一个表示跳变时间的非齐次泊松过程(Inhomogeneous Poisson Process,IPP)。本文还通过大量的数值计算分析和真实数据仿真实验研究不同情景因素组合对网络安全水平的影响,结果表明,提出的定量化模型能根据情景因素的动态变化实时地捕捉安全水平并且可以为SPMs提供可靠的决策依据。同时,VANETs是一个开放的网络,车辆可以动态地加入和离开,再加上车辆之间(Vehicle to Vehicle,V2V)、车辆与路边基础设施之间(Vehicle to Infrastructure,V2I)通信的广播特性,传输消息非常容易被未授权用户拦截,导致窃听攻击的发生。为了保证完美的消息传输,本文提出一个保证物理层安全的方法,即安全容量的值始终大于零。为了防止主信道(消息发送者与合法接收者)的容量小于窃听信道(消息发送者与窃听者)的容量造成安全容量为零的情况发生,多输入多输出系统(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)被给出,该系统中有一个消息发送者、一个合法接收者和一个窃听者。首先,对主信道进行奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)并通过注水法则对功率进行分配,得到主信道的最佳协方差矩阵;然后,在确保合法接收者最小信干噪比(Signal to Interference Plus Noise Ratio,SINR)情况下,发送者将剩下的可用功率用来在主信道的零空间产生人工噪声起到恶化窃听信道质量的作用;最后,通过大量的数值分析实验来模拟发送消息功率、发送天线数量、接收天线数量等不同组合对安全容量的影响,结果表明,提出的模型能有效地提高安全容量并保证无线传输的安全性。