基于零向量的抗污染攻擊的高效網(wǎng)絡(luò)編碼方案研究與設(shè)計(jì).pdf_第1頁(yè)
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1、網(wǎng)絡(luò)編碼允許結(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼操作。相較于傳統(tǒng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,網(wǎng)絡(luò)編碼在吞吐量、數(shù)據(jù)機(jī)密性、數(shù)據(jù)流的不可追蹤性、魯棒性等方面有顯著優(yōu)勢(shì)。因此該思想引起了學(xué)界的廣泛關(guān)注。雖然引入網(wǎng)絡(luò)編碼能帶來(lái)很多好處,但如果網(wǎng)絡(luò)中有惡意結(jié)點(diǎn)發(fā)起污染攻擊,那么,整個(gè)系統(tǒng)的各方面性能將會(huì)大大下降。Kehdi等人提出了基于零向量的方案。該方案能很好地抵抗污染攻擊,而且還有諸如分布式特性好、檢測(cè)計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。然而,該零向量方案中,如果惡意結(jié)點(diǎn)

2、獲得了源結(jié)點(diǎn)分發(fā)的零向量所構(gòu)成的零向量空間,那么它們就可以輕易攻破整個(gè)系統(tǒng),亦即方案的安全性較低。
  本文針對(duì)上述問(wèn)題,提出了全零向量空間的概念。該空間的特點(diǎn)是,沒(méi)有污染包能通過(guò)它的檢測(cè)。如果在上述基于零向量的方案中,源結(jié)點(diǎn)分發(fā)的零向量空間能構(gòu)成全零向量空間,那么就可以有效提高方案的安全性。但這會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很大的開(kāi)銷(xiāo)。為了減少零向量帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo),我們推廣了零向量的概念,提出了部分位置檢測(cè)的思想,構(gòu)造了長(zhǎng)度比原來(lái)的零向量短的零向量。

3、我們證明短零向量存在全零向量空間,并且證明在構(gòu)成全零向量空間時(shí),相比于原來(lái)的零向量,短零向量帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)減少。隨后,我們?cè)谇懊娴难芯炕A(chǔ)上給出了短的零向量存在全零向量空間的充分條件。接著,設(shè)計(jì)了基于短零向量的抗污染攻擊網(wǎng)絡(luò)編碼方案,并通過(guò)嚴(yán)格的證明分析了方案的安全性,通過(guò)數(shù)值分析綜合考慮方案的各種性能,確定了該方案中各個(gè)參數(shù)的取值。在這些參數(shù)設(shè)定下,短零向量方案的安全性高且計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)、通信開(kāi)銷(xiāo)小,是一種高效的抗污染攻擊網(wǎng)絡(luò)編碼方案。由于短

4、零向量之間的檢測(cè)位置不一定相同,使得在上述方案中源結(jié)點(diǎn)只能以逐個(gè)秘密分發(fā)的方式向網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點(diǎn)分發(fā)短零向量。這在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大或動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)時(shí)會(huì)大大增加源結(jié)點(diǎn)的負(fù)載,影響方案的分布式性能。為了解決該問(wèn)題,我們構(gòu)造了壓縮短零向量,使零向量仍能以網(wǎng)絡(luò)編碼的形式傳播。在此基礎(chǔ)上,我們對(duì)壓縮短零向量進(jìn)行了優(yōu)化,構(gòu)造了新型壓縮短零向量。我們證明壓縮短零向量和新型壓縮短零向量都存在全零向量空間,并且證明在構(gòu)成全零向量空間時(shí),相比于原來(lái)的零向量,這兩種零

5、向量帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)都會(huì)減少。然后,設(shè)計(jì)了基于新型壓縮短零向量的方案。在該方案中,新型壓縮短零向量以網(wǎng)絡(luò)編碼的形式傳播。這使該方案保持了原有方案的分布式性能,解決了短零向量方案分布式性能差的問(wèn)題。接著,我們通過(guò)嚴(yán)格的證明分析了新型壓縮短零向量方案的安全性,證明當(dāng)參數(shù)取值滿(mǎn)足一定條件時(shí),該方案的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)、通信開(kāi)銷(xiāo)、安全性都會(huì)優(yōu)于原零向量方案。最后,我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明該方案相對(duì)于同態(tài)哈希方案和原有的零向量方案的優(yōu)勢(shì),是一種高效的抗污染攻擊網(wǎng)絡(luò)編

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