多服务安全组播组密钥管理技术研究

论文摘要

目前,多服务组播业务正悄然兴起,如付费新闻、视频会议、电子会议等,并将扮演越来越重要的角色。出于商业利益或者是安全的考虑,组播内容需要经过加密,以确保只有被授权的用户才能阅读。针对单服务安全组播已进行了广泛的研究,但多服务安全组播与之有显著的区别:1)多服务安全组播提供多种组播服务;2)不同服务的组播流由不同的会话密钥加密;3)用户可以订购一种或多种组播服务。因此多服务安全组播对组密钥管理技术提出了新的压力和挑战,具体表现在以下几个方面:1.组密钥分发的复杂性:密钥分发技术决定组密钥更新的复杂性。传统技术的复杂性与用户加入或离开的请求量线性相关,组密钥分发的过程复杂,更新密钥量、时间开销和带宽开销与组密钥分发的复杂性线性相关;2.密钥存储开销:采用传统组密钥管理技术,需要对不同的组播服务分别建立组播服务组,订购多个服务组的用户需要加入多个服务组,造成系统的密钥存储开销成倍增长,也增加了组密钥管理的复杂性;3.组密钥更新的复杂性:采用传统的组密钥管理技术,在因为用户请求加入、离开或更换服务时,需要对用户所订购的所有服务组分别进行组密钥更新,密钥更新的相关开销(包括时间开销和带宽开销)较大,难以满足组规模较大、用户动态性较强的组播应用。针对上述问题,以研究用最小的组密钥分发的复杂性来保证组播系统的安全为目标,研究多服务安全组播的组密钥管理技术。本文的研究从两个方面展开:⑴基于最小准确覆盖的组密钥分发技术;⑵多服务组的综合管理技术,包括用户组的分类与集成。本文的工作得到国家自然科学基金“电子商务安全支付协议的研究”(90104033)的资助。论文取得的主要成果有以下三个方面:1.针对传统的组密钥分发技术复杂性较高的问题,研究基于最小准确覆盖的组密钥分发技术。论文研究了组密钥分发的最小准确覆盖问题,并提出两种基于最小准确覆盖的组密钥管理算法,实现对组密钥信息的快速分发。2.针对多服务安全组播的密钥存储开销和组密钥更新的复杂性较高的问题,提出一种多维层次树的组密钥管理模型。该模型包括三层:数据流安全层、层次接入控制层和用户组安全层,将所有服务子组集成在一个多维层次树上,降低了系统的密钥存储开销。3.结合基于上述两项技术,实现高效的多服务组播的组密钥管理算法,有效解决多服务安全组播的组密钥管理技术的复杂性问题,能适应安全组播系统可扩展性和健壮性的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与课题意义
• 1.2 本文的创新点
• 1.3 研究内容与本文组织
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 本文组织
• 2 安全组播组密钥管理技术研究概述
• 2.1 安全组播系统
• 2.1.1 组播中的安全问题
• 2.1.2 组播密钥管理的设计准则
• 2.1.3 组用户管理
• 2.2 组密钥管理的密码学理论基础
• 2.2.1 相关的代数知识
• 2.2.2 相关的数论理论
• 2.2.3 常用的组密钥密码技术
• 2.3 单服务组播组密钥管理技术
• 2.3.1 集中式组密钥管理技术
• 2.3.2 分散式组密钥管理方案
• 2.3.3 分布式组密钥管理方案
• 2.3.4 密钥树结构的优化研究
• 2.4 多服务组播的组密钥管理
• 2.4.1 多服务组播的应用特点
• 2.4.2 多服务组播组密钥管理技术研究现状
• 3 基于最小准确覆盖的单服务组播组密钥分发
• 3.1 组密钥分发的覆盖问题
• 3.1.1 集合覆盖问题
• 3.1.2 组密钥分发的部分覆盖问题
• 3.1.3 密钥分发技术现状
• 3.2 最小准确覆盖问题的提出
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 密钥树特性分析
• 3.3 最小准确覆盖的解决思路
• 3.3.1 贪婪式解决策略
• 3.3.2 启发式解决策略
• 3.3.3 启发式解决策略的实现
• 3.4 基于最小准确覆盖的组密钥更新算法
• 3.4.1 组密钥树建立
• 3.4.2 批处理动平衡策略
• 3.4.3 组密钥更新算法
• 3.4.4 安全性分析
• 3.4.5 效率分析
• 3.5 支持抗串通攻击的组密钥更新改进算法
• 3.5.1 单向函数树及其安全问题
• 3.5.2 组密钥管理算法
• 3.5.3 安全性分析
• 3.5.4 效率分析
• 3.5.5 算法优化
• 3.6 本章小结
• 4 基于多维层次树的多服务组播组密钥管理
• 4.1 经典的研究成果
• 4.2 基于多维层次树的组密钥管理模型
• 4.2.1 多服务组播的业务系统模型
• 4.2.2 多维层次树管理模型
• 4.2.3 多维层次树坐标体系
• 4.2.4 多维层次树上的结点关系
• 4.3 基于多维层次树的组密钥管理策略
• 4.3.1 多维层次树密钥更新、分发策略
• 4.3.2 多维层次树密钥效率分析
• 4.4 多层服务组播的斜树组密钥管理算法
• 4.4.1 基于椭圆曲线的组共享密钥机制
• 4.4.2 密钥树生成
• 4.4.3 单用户加入算法
• 4.4.4 单用户移出算法
• 4.4.5 安全性和效率分析
• 4.5 多服务组播的多维层次树组密钥管理算法
• 4.5.1 单用户加入算法
• 4.5.2 单用户移出算法
• 4.5.3 安全性和效率分析
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录