基于高速铁路的密钥服务器的研究

论文摘要

高速铁路车载单元采用无线通讯协议，和轨旁的无线闭塞中心，或其它与之相关的安全设备交互信息。而这些安全设备之间需要通过认证密钥进行通信，因此需要有专门的密钥管理识别系统实现对认证密钥管理。本文所设计的密钥服务器是一个密钥管理设备，主要的功能是完成客运专线密钥的申请、更新、补登、废除及操作日志的记录、查看、用户管理、密钥备份校验、客户端与服务器端的通信功能。本文通过深入研究铁路领域相关规范及标准中密钥服务器的各项要求，对客运专线CTCS-3级列控系统中安全设备之间通信所使用的密钥服务器进行了功能需求的应用研究、设计和实现。对密钥服务器设计过程中进行的主要内容和过程进行了总结。首先，根据ETCS规范、CTCS规范、离线密钥管理功能接口规范和在线密钥服务器功能接口规范，本文分别介绍了欧洲密钥服务器和国内密钥服务器的功能需求，通过对比分析国内外密钥服务器的功能需求，得出了本文所设计的密钥服务器应该选用C/S设计模式的结论。其次，针对国内密钥服务器的基本需求，从密钥服务器的整体设计思路出发，本文分别阐述了密钥服务器客户端和服务器端的运行设计、软件处理流程、接口实现方法和数据流图，完成了基于C/S模式的密钥服务器的设计。接着，针对设计完成的密钥服务器，从实验环境出发，依据实验内容，本文分别对基于C/S模式的密钥服务器客户端和服务器端进行了功能测试，验证是否实现了密钥服务器的功能，是否满足了国内密钥服务器需求中要求的标准。最后，对工作进行了总结，指出了存在的问题和进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外密钥服务器的研究现状和发展趋势
• 1.3 本文的主要工作内容
• 1.4 本文的结构和安排
• 第二章 与密钥服务器相关的铁路标准简介
• 2.1 ETCS 规范
• 2.2 CTCS 规范
• 2.3 离线密钥管理功能接口规范
• 2.4 在线密钥服务器功能接口规范
• 2.5 本章小结
• 第三章 密钥服务器的需求定义
• 3.1 欧洲密钥服务器的需求介绍
• 3.1.1 欧洲密钥管理的主要原则
• 3.1.2 欧洲密钥分配
• 3.1.3 欧洲密钥的层级
• 3.1.4 欧洲密钥服务器中基本的密钥角色
• 3.2 欧洲密钥服务器的主要功能
• 3.2.1 定义 KMC 区域
• 3.2.2 KMC 的安装
• 3.2.3 生成 K-KMC（KTRANS）
• 3.2.4 生成 KMAC
• 3.2.5 分配 KTRANS
• 3.2.6 分配 KMAC
• 3.2.7 和其他 KMC 交换 KMAC（KMAC 交互）
• 3.2.8 KMAC 更新
• 3.2.9 KMAC 删除
• 3.2.10 K-KMC 删除
• 3.2.11 存档密钥和 KM 交易事务
• 3.3 国内密钥服务器的需求定义
• 3.3.1 国内密钥服务器的基本知识介绍
• 3.3.2 国内密钥服务器的客户端功能需求
• 3.3.3 国内密钥服务器的客户端硬件需求
• 3.3.4 国内密钥服务器的服务器端功能需求
• 3.3.5 国内密钥服务器的服务器端硬件需求
• 3.4 国内外密钥服务器的需求对比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 密钥服务器的设计与实现
• 4.1 密钥服务器设计的整体思路
• 4.1.1 整体思路
• 4.1.2 系统体系结构
• 4.2 密钥客户端的设计与实现
• 4.2.1 运行设计
• 4.2.2 密钥客户端软件系统的处理流程
• 4.2.3 密钥客户端的数据流图
• 4.2.4 接口实现方式
• 4.3 密钥服务器端的设计与实现
• 4.3.1 运行设计
• 4.3.2 密钥服务器软件的处理流程
• 4.3.3 密钥服务器端的数据流图
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统测试与分析
• 5.1 密钥服务器的客户端测试
• 5.1.1 实验环境
• 5.1.2 设备连接图
• 5.1.3 密钥服务器的客户端软件功能测试
• 5.2 密钥服务器的服务器端测试
• 5.2.1 实验环境
• 5.2.2 密钥服务器的服务器端软件功能测试
• 5.3 密钥服务器性能测试
• 5.3.1 通信性能测试
• 5.3.2 系统故障处理测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献