电动汽车充电的自主身份认证解决方案

### 电动汽车充电的自主身份认证解决方案 在电动汽车充电领域，自主身份（SSI）认证正逐渐成为一种重要的技术趋势。本文将详细介绍电动汽车充电过程中涉及的自主身份认证相关内容，包括关键步骤、实施情况以及性能和安全性评估。 #### 1. 整体流程概述 电动汽车充电的自主身份认证主要包括以下几个关键步骤： 1. **关联身份与合约**：与客户的合约相关的身份信息需与账本上具有该合约凭证写入权限的身份进行关联。 2. **创建预配DID**：在车辆销售前为其创建预配DID（去中心化身份），这有助于后续将特定车辆与合约关联起来，并且利用DID的公钥可实现其他参与者与车辆所有者的加密通信。 3. **传输合约信息**：合约建立且车辆联网后，将必要的合约信息传输至车辆，车辆向eMSP（电动汽车移动服务提供商）请求凭证，eMSP在账本上对其进行认证。 4. **充电过程认证**：在充电过程中，车辆使用Anoncreds（零知识证明）向充电点（CP）进行身份认证，证明其拥有有效的合约凭证且凭证未被发行人撤销，同时不泄露实际凭证信息。 #### 2. 预配DID创建 在任何充电过程之前，eMSP需要获得发行凭证的授权，即向账本写入其DID（包含公钥），此DID常被称为Verinym。eMSP向具有账本写入权限的管理员（steward）发起请求，该过程基于预先协商的秘密或公钥进行安全保障。 预配DID的创建过程如下： 1. **车辆生产阶段**：车辆在生产过程中创建预配DID，其DID记录包含公共信息，需由车辆的原始设备制造商（OEM）代表车辆与管理员进行通信并写入账本。具体步骤为：OEM向管理员发送包含随机数的InitNymReq请求，管理员以InitNymRes响应，其中包含管理员的DID、OEM的随机数、新的随机数和OEM的ID。该响应由管理员签名并使用OEM的公钥加密。OEM创建预配DID，解密管理员消息，验证签名，并使用预配DID的私钥对管理员的随机数进行签名，然后将预配DID（包括公钥）和签名加密后发送回管理员。 2. **车辆购买阶段**：车辆购买后，预配DID传递给用户，用户可将其传递给eMSP以协商合约。传递方式可以是通过发送给用户的二维码，用户通过传递DID激活合约。 #### 3. 合约凭证安装 合约凭证的安装需要预配DID和与eMSP的现有合约，具体步骤如下： 1. **发送预配DID**：车辆与后端通过CP进行必要的通信，车辆向eMSP发送预配DID，eMSP以其DID和凭证要约（包含随机数和凭证定义ID）响应，该响应基于预配DID的公钥进行加密。 2. **生成凭证请求**：若车辆同意凭证要约，生成凭证的主密钥，创建盲化主密钥和正确性证明，构建凭证请求并基于eMSP的DID进行加密后发送给eMSP。 3. **创建并接收合约凭证**：eMSP解密凭证请求，创建车辆在CP进行身份认证所需的合约凭证，更新账本上的撤销信息。合约凭证包含所有与计费相关的信息作为属性，如eMSP的ID、费率信息等。eMSP将签名的合约凭证、凭证撤销信息和对称合约密钥加密后发送给车辆，车辆解密并验证数据后存储，以备后续充电会话认证使用。 #### 4. 充电过程与凭证验证 充电过程中，ISO 15118的消息序列（识别、认证和授权）发生了变化，具体步骤如下： 1. **接收证明请求**：CP向车辆发送证明请求，包含随机数并指定其期望的凭证属性。 2. **生成零知识证明**：车辆根据证明请求，使用凭证主密钥和CP的随机数生成零知识证明和非撤销证明，同时使用对称合约密钥对合约进行认证，将相关数据加密后发送给CP。 3. **CP验证**：CP使用eMSP的公钥验证零知识证明，使用公钥尾部文件和账本上的累加器值验证凭证的撤销状态。若验证成功，CP向车辆发送验证响应，充电过程继续。 4. **计费信息传输**：CP将加密的合约认证数据和其他计费相关数据发送给充电点运营商（CPO），CPO可将其转发给eMSP，eMSP解密数据并识别正确的合约，实现正常的计费关系，同时保护了用户和充电位置的隐私。 #### 5. 与ISO 15118 - 20的集成 虽然ISO 15118 - 2仍是目前该协议的主要版本，但考虑将解决方案集成到ISO 15118 - 20中，相关变化包括： 1. **更新密码套件**：如从128位AES更新到256位AES。 2. **双向认证**：在TLS握手过程中实现双向认证，而非单向CP认证。 3. **多合约凭证安装**：允许在一辆电动汽车中安装多个不同的合约凭证，例如针对不同eMSP的充电合约。 该解决方案适用于ISO 15118 - 20的原因如下： 1. **算法独立性**：解决方案独立于特定的加密算法。 2. **DID替代**：基于TLS的通用认证可被基于DID的通用方法替代，避免使用传统的公钥基础设施（PKI），同时车辆的认证仍使用Anoncreds以保护应用层隐私。 3. **多凭证安装**：通过重复合约凭证安装过程，可实现多合约凭证的安装。 #### 6. 实施情况 为验证概念的可行性，基于ISO 15118参考实现RISE - V2G进行了合约认证的实施，包括DID的创建、合约凭证的安装等所有前期启动步骤。该实现集成了Hyperledger Indy项目的Indy SDK，扩展了参考实现，增加了管理员和eM