无线网络的安全性 ——理论、技术、与方法

论文摘要

随着无线网络在各领域的广泛应用和不断发展,人们越来越关注无线网络的安全问题。无线信道的开放性和不稳定性使得无线网络面临着较大的安全风险;移动终端在硬件资源上不同程度的限制也决定了某些密码技术无法适用于无线环境;不同类型和用途的无线网络也对安全性和相关实现技术有着不同的要求。由于和有线网络的巨大差异,现有众多的安全方案和技术并不能直接用于无线网络,而且无线网络环境的复杂性和不稳定性也使得安全目标的实现困难重重。本文主要研究了实现无线网络安全性的核心技术,包括安全协议的形式化设计分析、无线通信网络安全认证和密钥分配理论、自组织网络节点认证技术以及传感器网络密钥管理技术。在进行深入分析研究的基础上,取得了以下成果:1.研究了安全协议,特别是实体认证协议的形式化分析技术;设计了新的实体认证协议,以形式化方法分析了安全性能。2.研究了现有无线网络认证协议,分析了大致特点,总结出无线认证协议设计的一般性规律。以公钥签名和hash链为基础提出了一种新的适用于无线环境的轻量级认证协议,分析了安全性特点及其它性能。3.研究了在无线网络中实现端端保密通信的技术和方法,分析了现有端端保密通信技术方法的经验和不足,提出了一种基于PKI技术的无线网络端端保密通信协议,解决了现有协议存在的问题,最后对协议进行了综合分析评价。4.对无线自组织网络安全性进行了研究,在此基础上利用门限密码技术提出了一种实现网络节点认证的安全协议。5.研究了针对无线自组织网络可能存在的安全威胁,提出了抵御特定类型虫孔攻击(Wormhole Attack)的有效机制。6.研究了无线传感器网络中的关键技术:密钥管理技术和方法,利用传感器网络自身特点提出了新的网络节点认证和密钥管理框架。

论文目录

• 内容提要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 无线网络概述
• 1.1.2 安全威胁和安全风险
• 1.1.3 无线网络安全需求分析
• 1.1.4 无线网络可生存性
• 1.2 安全理论与技术
• 1.2.1 安全业务
• 1.2.2 安全威胁模型
• 1.3 本文主要工作及结构安排
• 1.3.1 主要研究工作
• 1.3.2 本文结构安排
• 第二章 安全协议的形式化方法
• 2.1 安全协议概述
• 2.1.1 认证协议的一般性目标
• 2.1.2 认证协议设计的一般性原则
• 2.1.3 安全协议的基本假设
• 2.1.4 针对安全协议的攻击
• 2.2 安全协议的分析方法
• 2.2.1 攻击检验方法
• 2.2.2 形式化分析方法
• 2.3 安全协议的形式化设计方法
• 2.4 一种新的无线认证协议
• 2.4.1 协议流程描述
• 2.4.2 协议的形式化分析
• 2.4.3 协议的安全性与性能分析
• 2.5 小结
• 第三章 无线网络认证协议的分析与设计
• 3.1 目标、原则和技术
• 3.1.1 无线认证协议的设计目标
• 3.1.2 无线认证协议的设计原则
• 3.1.3 针对认证协议的攻击
• 3.1.4 认证技术和方法
• 3.2 对现有认证协议的分析
• 3.3 轻量级的无线网络认证协议
• 3.3.1 前提和约定
• 3.3.2 协议描述
• 3.3.3 协议分析
• 3.3.4 结论
• 3.4 小结
• 第四章 保密通信协议的设计与研究
• 4.1 保密通信概述
• 4.1.1 链链加密方式
• 4.1.2 端端加密方式
• 4.1.3 两种方式的比较
• 4.2 相关研究工作
• 4.2.1 现有保密通信方案
• 4.2.2 无线保密通信的设计原则
• 4.3 移动通信网中的端端保密通信
• 4.3.1 前提和假设
• 4.3.2 域内保密通信协议
• 4.3.3 域间保密通信协议
• 4.3.4 结论
• 4.4 小结
• 第五章 自组织网络安全性研究
• 5.1 自组织网络概述
• 5.1.1 Ad Hoc 网络特点
• 5.1.2 Ad Hoc 网络安全威胁
• 5.1.3 针对Ad Hoc 网络的典型攻击
• 5.1.4 Ad Hoc 网络安全需求
• 5.2 技术方法和研究现状
• 5.2.1 安全技术和方法
• 5.2.2 当前研究现状
• 5.3 一种实现节点认证的高效方案
• 5.3.1 认证代理和认证监督
• 5.3.2 认证担保
• 5.3.3 安全性及性能分析
• 5.3.4 结论
• 5.4 一种检测Wormhole 攻击的新方法
• 5.4.1 Wormhole 攻击模型
• 5.4.2 攻击检测及防御方法
• 5.4.3 分析和评价
• 5.4.4 结论
• 5.5 小结
• 第六章 无线传感器网络密钥管理研究
• 6.1 无线传感器网络概述
• 6.1.1 无线传感器网络结构
• 6.1.2 无线传感器网络特点
• 6.1.3 密钥建立协议的安全需求
• 6.1.4 密钥建立协议的评价标准
• 6.2 密钥管理技术和研究现状
• 6.2.1 无线传感器网络密钥管理技术
• 6.2.2 相关研究进展
• 6.3 一种新的密钥管理框架
• 6.3.1 概述
• 6.3.2 获取逻辑拓扑
• 6.3.3 设置共享密钥
• 6.3.4 分配共享密钥
• 6.3.5 方案仿真分析结果
• 6.3.6 安全性分析和性能评价
• 6.4 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间完成的论文和科研工作