高效的網(wǎng)絡編碼容錯與安全機制研究.pdf

1、網(wǎng)絡編碼作為一種新的數(shù)據(jù)傳輸方式，與傳統(tǒng)路由相比已被證實能夠有效地提高網(wǎng)絡吞吐量、改善負載均衡、增強網(wǎng)絡的魯棒性、能以較小的復雜度實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡及擁有潛在的安全優(yōu)勢等。正是由于網(wǎng)絡編碼所具有的這些特性，使得其受到越來越多研究團體的關注。
　　 本文針對當前網(wǎng)絡編碼研究方案在吞吐量、解碼復雜度、能耗等系統(tǒng)性能及竊聽攻擊、差錯控制、節(jié)點自私性等安全容錯性方面存在的突出問題，以性能保持為基礎，結合信息論與博弈論解決網(wǎng)絡編碼中的容錯與安

2、全性問題。
　　 本文的主要研究成果包括如下幾個方面：
　　 1)提出結合激勵融合機制的安全網(wǎng)絡編碼方案，該方案運用博弈理論解決了基于網(wǎng)絡編碼環(huán)境下節(jié)點的自私性問題并能夠有效預防節(jié)點的共謀私利攻擊；同時，通過運用相應的編/解碼理論和在源節(jié)點處加入有限的冗余包，從宏觀角度解決了網(wǎng)絡編碼中有限的污染和丟包攻擊問題；再者，通過整合多路徑路由和優(yōu)化的編碼包分配算法降低了數(shù)據(jù)被攻擊者重構的風險，實現(xiàn)了網(wǎng)絡系統(tǒng)安全與性能良好的平衡；

3、最后，相關仿真數(shù)據(jù)評價和安全分析證實了上述理論分析結果的正確性。
　　 2)提出壓縮的網(wǎng)絡編碼錯誤與擦除糾錯方案，通過在目的節(jié)點建立一個高效的檢測與刪除線性相關包算法，顯著地降低了目的節(jié)點解碼端的計算開銷；在解碼過程中將目的節(jié)點接收矩陣Y簡化為Ek(Y)形式而不是E(Y)，降低了對節(jié)點處硬件執(zhí)行能力的要求；當至多只有r個源包進行了線性組合操作時，構造了一個編碼向量壓縮碼，在保證目的節(jié)點正確解碼的基礎上(即解決錯誤與擦除問題)將數(shù)

4、據(jù)包的有效載荷從M-k提高到M-D(rlogqk)，并且并沒有因為壓縮碼的引入而增加整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的解碼復雜度；最后，數(shù)字結果和相關分析進一步證實了本方案所具有的安全與性能優(yōu)勢。
　　 3)提出抗惡意攻擊者的秘密與可靠網(wǎng)絡編碼方案，解決了基于網(wǎng)絡編碼網(wǎng)絡在遭受z個污染包、μ個竊聽攻擊和ρ個包擦除情況下數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿孛芘c可靠性問題；在保證傳輸信息能被目的節(jié)點正確解碼并且信息理論安全于攻擊者情況下，當滿足2z+ρ+μ

5、條件時，通信網(wǎng)絡能完成最大k-μ-z-ρ(該類環(huán)境下理論上數(shù)據(jù)傳輸率的上限)的數(shù)據(jù)傳輸率，并且不需要要求數(shù)據(jù)包長度達到無限大；最后，數(shù)字結果和安全分析證實了本方案的相關特性。
　　 4)提出秘密與可靠的非相干多源網(wǎng)絡編碼方案，解決了多源網(wǎng)絡場景下網(wǎng)絡編碼面臨的z個污染包、μ個竊聽攻擊和ρ個包擦除問題；在保證目的節(jié)點能夠正確并且秘密解碼的基礎上，完成了接近于k-2z-ρ-3μ的數(shù)據(jù)傳輸率，與單源的場景相類似，本研究方案也沒有要求數(shù)