基于单向哈希链的Ad Hoc网络认证和密钥管理研究

论文摘要

Ad Hoc网络作为一种新兴的无线网络,已经被广泛地应用于军事、民用以及商用等各个领域。但是,Ad Hoc网络固有的特征使其面临比传统网络更为严峻的安全问题。安全问题成为Ad Hoc网络发展的主要障碍。其中,认证和密钥管理是Ad Hoc网络安全问题中的关键问题,目前已成为一个研究热点。本文首先从介绍Ad Hoc网络的特点入手,分析其存在的安全隐患和面临的安全问题,然后对已有的认证和密钥管理方案进行归纳总结。分析得出目前大部分方案对安全性的考虑比较多,但普遍存在计算开销大的问题,并不能较好地适应节点计算能力和电池能量有限的Ad Hoc网络。针对这一问题,本文首先提出一种基于自更新哈希链的双向认证方案,使用单向哈希链技术来代替传统公钥算法进行身份认证,仅需进行哈希函数运算,避免了公钥算法的模运算等复杂运算,从而降低计算量。同时,哈希链在认证的过程中能够实现自动平滑更新,无需额外操作就能达到无限使用的目的。因此,大大提高了执行效率。然后,将这种基于单向哈希链技术的认证方案应用到Ad Hoc网络,进一步提出一种适合于大型Ad Hoc网络的密钥协商协议。新协议具有较高的安全性,能够满足节点身份的不可伪造性、消息完整性、前向安全性和会话密钥独立性等安全要求。最后,在NS2仿真环境下对新协议进行了正确性和相关性能的测试。仿真结果表明本文提出的密钥协商协议具有较高的执行效率,能够大大减轻移动终端的计算负担,较好地适用于资源受限的Ad Hoc网络。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 Ad Hoc网络概述
• 1.3 Ad Hoc网络的安全问题
• 1.4 Ad Hoc网络认证和密钥管理的研究现状
• 1.5 论文研究内容和各章节安排
• 第二章 Ad Hoc网络认证和密钥管理的理论基础
• 2.1 密码体制
• 2.1.1 对称密码体制
• 2.1.2 非对称密码体制
• 2.2 哈希函数
• 2.2.1 哈希函数简介
• 2.2.2 哈希函数的应用
• 2.3 认证
• 2.3.1 认证模型
• 2.3.2 认证技术
• 2.4 密钥管理
• 2.4.1 密钥管理的分类
• 2.4.2 密钥协商的研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 一种基于自更新哈希链的双向认证方案
• 3.1 方案概述
• 3.2 基本定义
• 3.3 方案描述
• 3.3.1 初始化
• 3.3.2 身份认证
• 3.3.3 签名验证
• 3.4 方案分析
• 3.4.1 安全性分析
• 3.4.2 效率分析
• 3.5 本章总结
• 第四章 基于单向哈希链的Ad Hoc网络密钥协商协议
• 4.1 协议概述
• 4.2 协议描述
• 4.2.1 相关假设和符号定义
• 4.2.2 初始化阶段
• 4.2.3 同一簇内节点的密钥协商
• 4.2.4 不同簇间节点的密钥协商
• 4.2.5 网络维护
• 4.3 协议分析
• 4.3.1 安全性分析
• 4.3.2 效率分析
• 4.4 协议仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果