基于身份的公钥系统的研究及其在安全网关领域的应用

论文摘要

随着Interrnet的广泛应用,网络安全问题日益突现。为了确保数据在网络上传输时的安全性,加密是一种有效的手段。早期加密系统采用对称密钥加密,通信双方共享相同的密钥,用于加密与解密。由于对称加密系统过于依赖密钥的保密性,不利于密钥的交换,所以人们引入了公开密钥系统。在公开密钥系统中,通信双方各自持有一对密钥对,其中公钥公开,私钥保密,保证了密钥交换的安全性。在此种方式下,加密与解密采用不同的密钥,因此公开密钥系统又称为非对称加密系统。公钥系统已被广泛应用于网络安全的各个领域,主要用于加密传输数据和实现数字签名。传统的公钥系统都是基于证书体系的,即公钥的分配依靠证书来实现。证书中包含了用户的身份ID、公钥、证书的有效期以及权威机构(CA)对该证书的签名,只有经过CA签名的证书才是有效、合法的证书。因而,CA在基于证书的公钥系统中,起着至关重要的作用,证书的签发、更新、撤销与验证都离不开它。但是,证书的管理是要耗费一定资源的,因为CA往往需要管理庞大的证书,同时,还增加了通信双方进行证书认证的步骤。在不降低通信安全的前提下,为了省去这些麻烦,Shamir就提出了基于身份的公钥系统。在基于身份的公钥系统中,用户的身份ID就是公钥,公钥就是用户的身份D,这样用户ID就和公钥自然地绑定了,不再需要通过证书进行绑定,同时也省去了证书认证,从而大大简化了公钥系统的实现。本文在深入研究基于身份的公钥系统的基础上,在基于网络处理器的安全网关系统上,实现了基于身份的公钥系统,并且利用网络引擎资源,优化了系统性能。本文的主要工作有以下四个方面:1)研究了基于证书的公钥系统和基于身份的公钥系统,比较它们的异同,分析了基于身份的公钥系统具有的优势;2)对网络处理器IXP425的应用进行了介绍,分析了网络处理器相比X86系列CPU和通用嵌入式CPU在网络处理能力方面的优势;3)研究了基于身份的公钥系统的各种算法,并将它们应用到安全网关系统之中;4)利用IXP425的网络引擎资源优化了基于身份的公钥系统。将基于身份的公钥系统和网络处理器同时应用于安全网关系统设备,是本文的创新之处。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 公钥密码学的研究与应用背景
• 1.2 基于身份的公钥系统的应用与研究现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 公钥密码学的基本知识
• 2.1 对称密码学介绍
• 2.2 公钥密码学介绍
• 2.3 基于证书的公钥系统
• 2.4 基于身份的公钥系统
• 2.5 小结
• 3 基于身份的公钥系统的研究
• 3.1 系统基本定义
• 3.2 安全标准定义
• 3.3 双线性DIFFIE—HELLMAN假设
• 3.4 应用WEIL对的基于身份的公钥系统
• 3.5 小结
• 4 基于IXP425的安全网关系统的设计
• 4.1 系统优点
• 4.2 硬件设计
• 4.3 软件设计
• 4.4 小结
• 5 WP—IBPKCS的实现
• 5.1 总体设计
• 5.2 数据结构简介
• 5.3 CRYPTOAGENT模块
• 5.4 WEILPAIRINGIBP模块
• 5.5 小结
• 6 实验测试结果
• 6.1 基于IXP425的安全网关系统设备性能测试
• 6.2 对加密和解密函数的测试
• 6.3 对签名和验证函数的测试
• 6.4 系统测试
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读学位期间发表的学位论文和参加的科研项目