組通信安全關鍵技術研究.pdf

1、隨著Internet規(guī)模爆炸性的增長，出現(xiàn)了越來越多的復雜的新應用，這些應用要求網絡提供更豐富的功能。而伴隨著寬帶、無線、Web等網絡技術的日漸成熟，就有可能設計并實現(xiàn)支持內容分發(fā)、電信會議、媒體流、遠程學習、協(xié)同工作平臺等應用的大型異構網絡。這同時需要Internet具有組通信的能力，使得組通信成為最近幾年最熱門的研究方向之一。組通信技術也成為設計、開發(fā)和操作依賴高效傳輸報文給多個目的地的下一代應用和服務的關鍵技術。 組通信技

2、術中的各個領域成為網絡領域的研究熱點。這些領域包括：組播路由，可靠組播，移動組播，組通信安全等。本文主要研究的就是其中的組通信安全問題。在組通信安全的主要研究方向中，組密鑰管理方案是最重要的。組密鑰管理方案與普通密鑰管理方案的最大區(qū)別是要保證向前和向后安全，同時還要保證方案的可擴展性和效率。本文的研究重點集中于高效可擴展的組密鑰管理方案。 針對組密鑰管理方案，本文的創(chuàng)新性研究工作可概括為以下幾個方面： 第一，提出了限高樹

3、結構組密鑰管理協(xié)議。 限高樹密鑰結構組密鑰管理協(xié)議是對密鑰圖方法樹狀結構密鑰管理協(xié)議的全面擴展。樹狀結構密鑰管理協(xié)議是目前綜合上最好的方法，它性能優(yōu)越，而且不會減弱密鑰的安全性。無論是集中式的還是分布式的組密鑰管理協(xié)議，所有的優(yōu)秀的組密鑰管理協(xié)議都源自于樹狀密鑰結構的思想。樹狀密鑰結構唯一的弱點是存在結構不平衡的問題而影響到性能，這些協(xié)議都不能在不減弱性能的基礎上保證其結構一直平衡。本文認識到影響樹狀密鑰結構性能的關鍵不是結構的

4、平衡性，而是樹的高度?；诖耍疚奶岢隽讼薷邩浣Y構組密鑰管理協(xié)議，協(xié)議通過限制樹的高度來避免性能不良的問題，既提高了性能，又不會減弱組密鑰的安全性?；谙薷邩浣Y構的組密鑰管理協(xié)議既適用于集中式的協(xié)議，還能夠結合單向函數樹等方法擴展為分布式的協(xié)議，是對樹狀結構組密鑰管理協(xié)議的全面改進。 第二，提出了鏈樹狀結構組密鑰管理協(xié)議。 集中式的鏈樹狀結構組密鑰管理協(xié)議結合了密鑰圖方法中的兩個重要結構：樹狀密鑰結構和星狀密鑰結構的思想

5、。在成員加入操作上取得了星狀密鑰結構O(1)的高效，在成員離開操作上取得了樹狀密鑰結構O(log(N))的高效，而且沒有這兩種密鑰結構的缺點；同時沒有減弱任何安全性。鏈樹狀密鑰結構還能夠擴展為多叉鏈樹狀密鑰結構從而取得更高的效率，其中3叉鏈樹狀密鑰結構是性能最好的。綜合比較，鏈樹狀結構組密鑰管理協(xié)議是目前最高效的集中式可擴展組密鑰管理協(xié)議。 第三，提出了基于排隊論系統(tǒng)的組密鑰更新算法性能分析模型和兩個組密鑰管理協(xié)議間的轉換算法。

6、 對組密鑰管理協(xié)議的性能作進一步研究。首先研究組密鑰周期批更新算法，它的出現(xiàn)解決了組密鑰方案的兩個重要缺陷：同步問題和低效，但是對其性能一直沒有詳盡準確的分析。本文在周期批更新組密鑰算法的性能分析中引入了排隊論思想建立了性能分析模型，第一次對其性能作出了精確分析。該模型不僅能夠用來分析周期批更新組密鑰算法，而且能夠分析單個更新的組密鑰算法。由于不同的環(huán)境對組密鑰管理協(xié)議的需求是不同的，不同的組密鑰管理協(xié)議適用于不同的環(huán)境。本文提