EPON安全认证与入侵检测系统研究

论文摘要

随着Internet的迅速普及,宽带业务大量涌现,人们对带宽的需求日益增长,作为解决“最后一公里”问题的最佳方案,以太无源光网络EPON应运而生。但EPON的点到多点(P2M)结构,使其存在严重的安全隐患。研究和解决EPON系统的安全问题,对EPON的商业化进程具有重要的意义。而在安全问题上,没有制定解决方案的标准。目前常用的认证和加密解决安全问题的方案,或者存在缺陷,或者对某些问题无效。如何改进现有方案、研究新的措施,有其必然意义。论文在对EPON系统中各种安全攻击进行详细分析的基础上,针对具体的攻击方式,研究了一套基于注册过程的认证方式;对其过程与特点进行了分析,针对其不能对光链路端OLT进行认证的局限性,提出了一种基于ECC(椭圆曲线)加密的双向认证机制,并在OLT与光网络单元端ONU进行了实现。针对EPON上行拒绝服务攻击DoS的特征,研究和设计了EPON入侵检测系统。主要完成的工作和取得的成果如下:(1)分析了EPON系统各种安全攻击。针对EPON的结构特点,对EPON系统各种安全攻击包括被动监测、DoS、伪装和窃取服务ToS等进行了详细分析,重点研究了DoS实施的原理、过程及其危害性;并针对EPON中不同攻击,探讨了相应的对策,包括认证、安全封装、加密、入侵检测等。(2)提出基于ECC加密的OLT和ONU之间双向认证机制。在对ONU认证分析基础上,针对EPON认证注册过程中只对ONU进行认证、没有对OLT进行认证,从而导致恶意ONU假冒OLT与合法ONU交互所产生的安全漏洞,设计一种基于ECC加密的OLT和ONU之间双向认证机制,并在OLT与ONU端进行了实现,提高了其安全性。(3)对EPON中基于注册过程的认证过程与基于ECC加密的双向认证过程的性能进行仿真分析。利用NS2(网络模拟)软件搭建EPON模块,对基于注册过程的认证过程和基于ECC加密的双向认证过程的性能进行了仿真,得出:与其高安全性相比,基于ECC加密的双向认证过程消耗带宽较少。(4)首次采用入侵检测来解决EPON中DoS攻击的安全机制。针对EPON上行DoS攻击的特征,结合EPON的特点,引入了基于Snort入侵检测,设计了EPON入侵检测系统框架,并对各主要模块包括数据包捕获、规则库、协议解析、入侵检测、报警、日志数据库等,进行了研究和设计,尤其对其规则与协议解析进行了设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 全文的组织安排
• 第二章 EPON体系结构
• 2.1 EPON拓扑结构
• 2.2 EPON帧结构
• 2.3 EPON工作原理
• 2.3.1 EPON下行数据传输
• 2.3.2 EPON上行数据传输
• 2.4 EPON协议
• 2.4.1 EPON的协议层次模型
• 2.4.2 EPON的物理层子层
• 2.4.3 多点控制协议MPCP
• 2.5 本章小结
• 第三章 EPON安全威胁与认证方法分析
• 3.1 EPON中的窃听
• 3.2 EPON中的拒绝服务
• 3.2.1 EPON下行传输
• 3.2.2 EPON上行传输
• 3.2.3 EPON上行DoS
• 3.3 EPON中的伪装和窃取服务
• 3.4 EPON中的认证方式分析
• 3.4.1 常用宽带接入的认证方式分析
• 3.4.2 802.1X认证与用户终端认证研究
• 3.4.3 ONU认证方法分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于ECC加密的双向认证机制设计
• 4.1 基于ECC加密双向认证的认证过程
• 4.2 基于ECC加密双向认证的实现
• 4.2.1 ECC加密的结构
• 4.2.2 OLT端实现
• 4.2.3 ONU端实现
• 4.3 仿真及分析
• 4.3.1 建模
• 4.3.2 仿真结果
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 认证特点分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 EPON中入侵检测系统的研究与设计
• 5.1 入侵检测技术
• 5.1.1 入侵检测系统基础
• 5.1.2 入侵检测系统分类及标准化
• 5.1.3 Snort入侵检测系统
• 5.2 EPON中入侵检测系统的实现
• 5.2.1 EPON中入侵检测系统实现的关键问题
• 5.2.2 EPON入侵检测系统总体框架设计
• 5.2.3 规则库模块设计
• 5.2.4 EPON入侵检测系统其他模块设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间所发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目