基于分布式密鑰產生系統(tǒng)的延遲容忍網絡安全研究.pdf

1、延遲容忍網絡不同于傳統(tǒng)基于TCP/IP體系結構的Internet，是一種具有高延遲、連接頻繁中斷、低數據傳輸率等特征的機會連接網絡。延遲容忍網絡近年來在學術界受到了越來越多的重視，并被應用于一些連接受限的通信環(huán)境，例如:稀疏Ad hoc網絡、車載通信網絡、星際網絡、美國海軍SeaWeb等。目前延遲容忍網絡的研究主要關注于路由協(xié)議和系統(tǒng)結構設計，目的是為了提高網絡消息(Bundle)的傳輸率和縮短Bundle傳遞的延遲，而對延遲容忍網絡安

2、全研究較少。存在的安全威脅足以讓延遲容忍網絡無法實施。因此，盡可能確保延遲容忍網絡的安全成為本文的研究目標。
　　延遲容忍網絡安全研究的領域較為廣泛，所涉及的問題和技術解決方案較多。本文主要研究延遲容忍網絡Bundle傳遞過程中的機密性、完整性、路由激勵與貪婪行為檢測、隱私保護四個方面的安全問題。本文首先提出了一種適合延遲容忍網絡的分布式密鑰產生系統(tǒng)。隨后，在該分布式密鑰產生系統(tǒng)的基礎上，分別對延遲容忍網絡Bundle分片認證、節(jié)

3、點不軌行為和隱私保護等問題展開了研究。具體取得了以下成果:
　　1.提出了一種盲數字身份證的概念以簡化用戶身份標識的認證。該數字身份證具有物理身份證相同的功能，但在傳遞的過程中可有效抵御復制攻擊。其次，實現了一種獨立的身份標識認證方法。不同基于公鑰基礎設施(PKI)的密鑰系統(tǒng)中認證中心(CA)認證，也不同于基于身份的密鑰系統(tǒng)(IBC)中私鑰產生器中心(PKG)認證，該身份標識認證過程不依賴任何第三方實體。以盲數字身份證和獨立的身份

4、標識認證方法為基礎，本文設計了一種適合延遲容忍網絡的分布式密鑰產生系統(tǒng)。該系統(tǒng)不依賴于任何中心化的實體，無需之前分布式密鑰產生系統(tǒng)所采用的門限加密技術和多輪信息交互，僅僅使用安全廣播就可實現共享密鑰的分發(fā)，并能安全、較快、高效的實現加密參數產生和更新。因此，該密鑰系統(tǒng)能較好地滿足延遲容忍網絡要求，為延遲容忍網絡的其它安全研究奠定了基礎。
　　2.采用基于雙線性映射的拉格朗日插值多項式和批處理認證技術，提出一種快速、低開銷的Bund

5、le分片認證方法。該方法能夠有效地確保Bundle分片完整性，防止分片被偽造或惡意篡改。同時實現對Bundle分片的一次性快速認證，減少Bundle傳輸延遲和認證輔助值在Bundle中所占的空間。理論分析和模擬結果表明該方法所需的認證時間比現有解決方案更少，且具有較低的認證空間開銷。
　　3.本文調查了延遲容忍網絡兩種不軌行為:自私行為和貪婪行為，并分析了這些不軌行為對誠實節(jié)點及網絡造成的不良影響。針對自私行為，提出了一種基于服務

6、質量的路由激勵策略(QIS)。該策略使用服務優(yōu)先級激勵節(jié)點公平參與網絡中繼合作。同時為了確保QIS的安全，分別設計了簽名鏈、合作頻率統(tǒng)計、聯(lián)合結算三個安全方案。針對貪婪行為，提出了一種基于消息匹配的檢測方法，該方法在現有Bundle層次結構的基礎上增加了一個包含智能移動可信模塊(MTM)的可信子層。與可信計算研究組的證據方案相比，這種方法需要較少的計算時間和更少的資源。路由激勵策略和貪婪行為檢測方法可以為網絡節(jié)點提供一個公平路由環(huán)境，并

7、能有效提高Bundle的傳遞率。
　　4.首次將基于同態(tài)加密的安全雙方比較概念引入到延遲容忍網絡中。提出了一種能夠抵抗惡意攻擊模型的基于同態(tài)加密的多元密文安全雙方比較協(xié)議，并將該協(xié)議應用于延遲容忍網絡基于轉發(fā)的路由隱私保護中。該協(xié)議相對于現有的基于半誠實攻擊模型和隱蔽攻擊模型的雙方比較協(xié)議更加安全，攻擊者從該協(xié)議中的秘密輸入猜測出具體路由消息的概率非常小。另外，該協(xié)議采用基于分布式密鑰產生系統(tǒng)的EC-ElGamal加密方案去實現同