移动Ad Hoc网络密钥管理技术研究

论文摘要

移动自组网是由移动节点通过分布式协议自组织起来的一种无线网络,网络中没有基站等固定的基础设施,当有线网络不可使用时,如在战场通讯和紧急救援等任务中,移动自组网络提供了一种可行的地面通信和信息存取技术。随着移动自组网广泛应用于军事通信、户外会议、应急通信以及其他需要临时通信的场合,移动自组网安全技术研究越来越受到人们的重视。密钥管理是移动自组网安全研究中的基本问题,也是当前该领域研究热点之一,研究移动自组网密钥管理问题具有十分重要的意义。针对目前移动自组网中分布式CA构建方案中,为防止移动对手攻击,需要更新节点的子密钥,存在计算复杂和需要通过安全旁路分发子密钥等问题。针对以上问题,基于多重秘密共享的思想提出了一种移动自组网分布式CA构建算法,该方法无需维持专门的安全信道,同时采用更新系统密钥而无需更新各节点的子密钥的方式来防止移动对手攻击,分析结果表明该方法在系统密钥更新时复杂度优于现有方案,具有易于实现的优点。为减少证书和密钥管理的复杂性,基于身份的密码学提出一个移动自组网密钥管理方案。方案结合门限秘密共享与基于身份的密码学,避免了复杂的证书管理过程;与现有的基于身份的密钥管理方案相比,IDKM降低了运算开销与网络开销,并在一定程度上增强了安全性。在基于身份的密钥管理方案基础上,基于MANET网络按需组播路由协议ODMRP（On-Demand Multicast Routing Protocol）和基于身份的公钥密码机制提出了一种安全组路由建立和组密钥生成算法SODMRP（Secure On-Demand Multicast RoutingProtocol）,该算法在组播路由发现过程中加入了认证,同时在路由发现的过程中生成组密钥,减少由于组密钥生成带来的网络开销和延迟。仿真结果证明SODMRP在组密钥生成成功率和延迟方面明显好于现有组密钥生成算法。为实现对方案的性能分析,在研究分析网络仿真工具NS-2特点的基础上,通过扩展NS-2中应用层、传输层、定时器、数据包等相关组件与数据结构,仿真实验了文中所提方案的初始化、私钥更新算法及密钥协商协议的性能,实验结果验证了所提方案的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 移动自组网简介
• 1.1.1 基本概念
• 1.1.2 应用背景
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 移动Ad Hoc网络安全问题
• 1.2.2 移动Ad Hoc网络密钥管理问题
• 1.3 本文工作
• 第二章 相关密码学理论
• 2.1 基于身份的密码学
• 2.1.1 双线性对
• 2.1.2 基于身份的加密机制
• 2.1.3 基于身份的密钥协商机制
• 2.2 门限秘密共享
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 Shamir门限秘密共享
• 2.3 小结
• 第三章 移动Ad Hoc网络密钥管理机制及仿真工具
• 3.1 自组织密钥管理
• 3.2 基于门限秘密共享的密钥管理
• 3.2.1 部分分布式密钥管理
• 3.2.2 全分布式密钥管理
• 3.3 基于身份的密钥管理
• 3.4 方案分析与比较
• 3.5 仿真工具NS-2及扩展
• 3.5.1 NS-2简介
• 3.5.2 仿真组件功能扩展
• 3.6 小结
• 第四章 一种基于多重秘密共享的分布式CA构建算法
• 4.1 分布式CA构建技术
• 4.2 基于多重秘密共享的分布式CA构建算法
• 4.2.1 系统结构
• 4.2.2 系统初始化
• 4.2.3 基于Feldman验证策略的证书合作签发算法
• 4.2.4 系统密钥更新
• 4.3 安全性与运算代价分析
• 4.3.1 安全性分析
• 4.3.2 密钥更新代价分析
• 4.4 仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于身份的密钥管理方案及组密钥生成算法研究
• 5.1 系统模型
• 5.1.1 基本概念与符号表示
• 5.1.2 系统初始化
• 5.1.3 会话密钥协商
• 5.1.4 节点私钥更新
• 5.1.5 节点私钥撤销
• 5.1.6 算法安全性分析
• 5.1.7 算法复杂性
• 5.2 组密钥管理简介
• 5.1.1 组密钥管理问题
• 5.1.2 组密钥管理研究的局限性
• 5.1.3 组密钥管理协议
• 5.3 基于ODMRP的组密钥生成算法
• 5.3.1 ODMRP简介
• 5.3.2 基于身份的签名算法
• 5.3.3 安全路由和组密钥生成算法SODMRP
• 5.3.4 算法安全性
• 5.4 仿真实验
• 5.5 结论
• 第六章 总结和展望
• 6.1 工作及创新点总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢