无线MESH网接入控制及其应用研究

论文摘要

随着通信技术的不断发展和人们对通信需求的不断上升,作为一种高容量高速率的新型网络,无线MESH网正受到人们越来越多的重视。然而,由于WMN不同于已有网络的结构特点,目前并没有一个专门为其设计的足够成熟的协议为其提供接入认证服务以及安全保护。通过对国内外主流安全标准有线等价保密协议WEP、Wi-Fi保护接入WPA、无线认证保密基础设施WAPI等在WMN上的安全性能的分析,可以得出结论:目前流行的无线安全协议都存在各自的缺陷,并不能为WMN提供足够的保护。针对这一现状并考虑对WMN新的安全需求,本文作者设计了一种新的适合WMN的接入认证协议-WMN保护接入协议WMNPA,细化了WMNPA协议设计目标,设计了协议接入认证流程、密钥协商流程、节点退出流程以及协议状态机。WMN保护接入协议WMNPA的主要特点在于,设计时充分考虑了无线信道的不安全性,接入点对申请者进行认证的同时申请者也对接入点进行了认证,申请者的身份被秘密提交不在无线信道中扩散,通过临时密钥对管理帧进行了有效保护。通过形式化协议分析方法AUTOLOG逻辑对协议的认证过程的分析,证明该协议在逻辑上是可靠的,实现了双向认证、匿名认证等设计目标。同时,作者设计了WMNPA数据封装传输流程,以及相应的加、解密算法,保护了受认证用户通信数据的机密性和完整性。作者在HostAP平台上实现并测试了WMNPA协议,通过其和WEP、WPA、WPA2等协议的对比测试,得出结论:在HostAP平台上,WMNPA接入认证时延略大于WPA;数据吞吐率略高于WPA2。其性能尚有进一步改进的空间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外WMN 研究和发展现状
• 1.3 本文主要内容
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 无线MESH 网络
• 2.1 WMN 概述
• 2.2 WMN 网络结构
• 2.3 WMN 网络构建
• 2.4 WMN 网络特点
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线MESH 网接入认证技术
• 3.1 WMN 的安全需求
• 3.2 WMN 面临的安全威胁
• 3.3 有线等价保密协议
• 3.3.1 WEP 协议的实现
• 3.3.2 WEP 协议安全性分析
• 3.3.3 WEP2 协议
• 3.4 Wi-Fi 保护接入
• 3.4.1 WPA 协议的实现
• 3.4.2 WPA 协议安全性分析
• 3.4.3 WPA2 协议
• 3.5 无线认证保密基础设施
• 3.5.1 WAPI 协议的实现
• 3.5.2 WAPI 协议安全性分析
• 3.6 WEP、WPA、WAPI 比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 一种新的WMN 接入认证协议
• 4.1 协议设计目标
• 4.2 WMNPA 接入认证
• 4.2.1 节点加入
• 4.2.2 密钥协商
• 4.2.3 节点退出
• 4.2.4 协议状态机
• 4.3 WMNPA 数据保护
• 4.3.1 WMNPA 数据封装传输
• 4.3.2 WMNPA 加密
• 4.3.3 WMNPA 解密
• 4.4 WMNPA 协议逻辑分析
• 4.4.1 AUTOLOG 逻辑
• 4.4.2 WMNPA 形式化模型
• 4.4.3 WMNPA 形式化分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 WMNPA 在 HostAP 平台上的实现与测试
• 5.1 相关技术
• 5.2 协议实现
• 5.2.1 系统框架
• 5.2.2 WMNPA 接入认证实现
• 5.2.3 WMNPA 数据保护实现
• 5.3 系统测试
• 5.3.1 测试方案
• 5.3.2 测试过程
• 5.3.3 测试结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果