一个基于口令的群密钥交换协议及实现

论文摘要

随着网络应用环境的日益复杂,开放性网络环境下出现了各种各样的分布式集群通信应用,这种集群通信对于网络环境的安全性要求也越来越高,因此组群密钥交换协议已经日趋成为新一代网络环境、特别是当代无线移动伯组网络环境中最基本的安全机制之一。实现密钥交换协商的方法有很多,而基于口令的身份认证的密钥交换协议由于其简单性和实用性近年来受到很多研究。但大多数对于基于口令的密钥交换协议的研究工作主要针对2方密钥协商的情形。针对这种情况,本文给出了一个基于口令的组群密钥交换协议。本文基于组群Diffie-Hellman判定性问题的难解性假设构造一个基于口令的组群密钥交换协议Pw/GAKE。在协议中,所有组群成员共享一个口令,以及一组公开的参数,组群中各个成员的地位平等,任何一个成员都不能独立的生成共享密钥,也不能独立的恢复出共享的密钥,每位成员都要提供必要的信息,从而动态的生成共享密钥。在协议每一次计算中都伴随有认证机制,只有通过了认证才能最终完成密钥协商。从而有效的保证了其安全性。在整个协议的执行过程中,每个组群成员仅需参与一轮消息传输和一次广播、仅需进行幂指数运算和散列运算而无需借助任何复杂的公钥密码方案,具有很高的计算效率,特别适合于无线/移动自组网络环境中的中小规模组群。该协议具有随机oracle模型下的安全性,并且对其效率进行了详细分析。对于该协议所涉及的算法论文也给出了详细描述和软件实现。最后详细讨论了其在无线自组网络中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 组群密钥协商协议的概述
• 1.2.1 组群密钥协商协议的特性
• 1.2.2 基于口令的组群密钥协商方案
• 1.3 组群密钥协商协议的研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 2 数学理论基础
• 2.1 群问题
• 2.2 Hash函数
• 2.2.1 Hash函数的特性
• 2.2.2 随机寓言模型
• 2.3 Diffie-Hellman问题
• 2.3.1 离散对数与Diffie-Hellman问题
• 2.3.2 组群Diffie-Hellman问题
• 3 基于口令的组群密钥交换协议Pw/GAKE:理论设计
• 3.1 安全模型
• 3.2 2-方密钥交换协议SPAKE:基础构件
• 3.3 组群Pw/GAKE协议
• 3.3.1 参数设置
• 3.3.2 工作过程
• 4 Pw/GAKE协议:算法
• 4.1 功能概述
• 4.2 算法的实现
• 5 Pw/GAKE协议:安全性及性能分析
• 5.1 安全性分析
• 5.2 效率分析
• 6 Pw/GAKE协议在无线自组网络中的应用
• 6.1 无线自组网络的特点
• 6.2 无线自组网络的安全问题
• 6.3 在无线自组网络中应用Pw/GAKE协议
• 结论
• 参考文献
• 附录A 大数的乘除法的实现代码
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢