基于分布式密鑰產(chǎn)生系統(tǒng)的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)安全研究.pdf

1、延遲容忍網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)基于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的Internet，是一種具有高延遲、連接頻繁中斷、低數(shù)據(jù)傳輸率等特征的機(jī)會連接網(wǎng)絡(luò)。延遲容忍網(wǎng)絡(luò)近年來在學(xué)術(shù)界受到了越來越多的重視，并被應(yīng)用于一些連接受限的通信環(huán)境，例如:稀疏Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、車載通信網(wǎng)絡(luò)、星際網(wǎng)絡(luò)、美國海軍SeaWeb等。目前延遲容忍網(wǎng)絡(luò)的研究主要關(guān)注于路由協(xié)議和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，目的是為了提高網(wǎng)絡(luò)消息(Bundle)的傳輸率和縮短Bundle傳遞的延遲，而對延遲容忍網(wǎng)絡(luò)安

2、全研究較少。存在的安全威脅足以讓延遲容忍網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)施。因此，盡可能確保延遲容忍網(wǎng)絡(luò)的安全成為本文的研究目標(biāo)。
　　延遲容忍網(wǎng)絡(luò)安全研究的領(lǐng)域較為廣泛，所涉及的問題和技術(shù)解決方案較多。本文主要研究延遲容忍網(wǎng)絡(luò)Bundle傳遞過程中的機(jī)密性、完整性、路由激勵與貪婪行為檢測、隱私保護(hù)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(wǎng)絡(luò)的分布式密鑰產(chǎn)生系統(tǒng)。隨后，在該分布式密鑰產(chǎn)生系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別對延遲容忍網(wǎng)絡(luò)Bundle分片認(rèn)證、節(jié)

3、點(diǎn)不軌行為和隱私保護(hù)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(shù)字身份證的概念以簡化用戶身份標(biāo)識的認(rèn)證。該數(shù)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(fù)制攻擊。其次，實(shí)現(xiàn)了一種獨(dú)立的身份標(biāo)識認(rèn)證方法。不同基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)的密鑰系統(tǒng)中認(rèn)證中心(CA)認(rèn)證，也不同于基于身份的密鑰系統(tǒng)(IBC)中私鑰產(chǎn)生器中心(PKG)認(rèn)證，該身份標(biāo)識認(rèn)證過程不依賴任何第三方實(shí)體。以盲數(shù)字身份證和獨(dú)立的身份

4、標(biāo)識認(rèn)證方法為基礎(chǔ)，本文設(shè)計了一種適合延遲容忍網(wǎng)絡(luò)的分布式密鑰產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)不依賴于任何中心化的實(shí)體，無需之前分布式密鑰產(chǎn)生系統(tǒng)所采用的門限加密技術(shù)和多輪信息交互，僅僅使用安全廣播就可實(shí)現(xiàn)共享密鑰的分發(fā)，并能安全、較快、高效的實(shí)現(xiàn)加密參數(shù)產(chǎn)生和更新。因此，該密鑰系統(tǒng)能較好地滿足延遲容忍網(wǎng)絡(luò)要求，為延遲容忍網(wǎng)絡(luò)的其它安全研究奠定了基礎(chǔ)。
　　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(rèn)證技術(shù)，提出一種快速、低開銷的Bund

5、le分片認(rèn)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(shí)現(xiàn)對Bundle分片的一次性快速認(rèn)證，減少Bundle傳輸延遲和認(rèn)證輔助值在Bundle中所占的空間。理論分析和模擬結(jié)果表明該方法所需的認(rèn)證時間比現(xiàn)有解決方案更少，且具有較低的認(rèn)證空間開銷。
　　3.本文調(diào)查了延遲容忍網(wǎng)絡(luò)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(shí)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)造成的不良影響。針對自私行為，提出了一種基于服務(wù)

6、質(zhì)量的路由激勵策略(QIS)。該策略使用服務(wù)優(yōu)先級激勵節(jié)點(diǎn)公平參與網(wǎng)絡(luò)中繼合作。同時為了確保QIS的安全，分別設(shè)計了簽名鏈、合作頻率統(tǒng)計、聯(lián)合結(jié)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(xiàn)有Bundle層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(jù)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)用于延遲容忍網(wǎng)絡(luò)基于轉(zhuǎn)發(fā)的路由隱私保護(hù)中。該協(xié)議相對于現(xiàn)有的基于半誠實(shí)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(chǎn)生系統(tǒng)的EC-ElGamal加密方案去實(shí)現(xiàn)同