移动AD HOC网络组密钥管理策略的研究

论文摘要

移动Ad Hoc网络是目前无线网络与移动计算最活跃的研究领域。组通信是其重要的通信方式之一，可行和有效的组密钥管理机制是保障组通信安全的关键前提。论文重点对节能的密钥分发、安全和高效的组密钥更新以及密钥预分发等组密钥管理的关键问题进行研究。论文首先介绍了移动Ad Hoc网络的概念、特点、应用、安全需求和其面临的安全威胁，以及密钥管理需要研究的问题。其次，针对移动Ad Hoc网络节点能量有限的特点，阐明了移动Ad Hoc网络组播密钥分发策略的研究侧重点不同于有线网，分析了地理位置和路由信息对于密钥分发策略的重要性，提出了一种基于路由信息的路由分支分群算法，并用于组播密钥分发策略中，实验表明新的策略能够降低网络的通信能耗。再次，在分析了组密钥更新面临的问题后，采用多密钥池预分发密钥并结合基于身份的密码技术，提出了一种新的基于对称密钥的组密钥更新策略，旨在解决如何进行安全和高效的组密钥更新。最后，论文对密钥分发、密钥协商和密钥预分发这三类密钥管理方式进行了分析比较，并给出了密钥预分发的研究现状和评估指标，利用相互正交拉丁方构造t填充设计使之满足Cover-Free Families模型，并应用于密钥预分发之中，提出了基于填充设计的组密钥更新策略。安全和性能分析表明该策略能够提高网络的抗合谋性能，增加节点的共享密钥连接度和提高组密钥的更新效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 中文文摘
• 第1章 绪论
• 1.1 移动 AD HOC 网络的研究背景
• 1.2 移动 AD HOC 网络的特点
• 1.3 移动 AD HOC 网络的应用
• 1.4 移动 AD HOC 网络的安全
• 1.4.1 移动 AD HOC 网络的安全需求
• 1.4.2 移动 AD HOC 网络面临的安全威胁
• 1.5 密钥管理问题
• 1.6 课题来源及内容安排
• 第2章 移动 AD HOC 网络中节能的组播密钥分发策略
• 2.1 组播密钥分发
• 2.1.1 组播密钥分发面临的问题
• 2.1.2 逻辑密钥层次 LKH 方案
• 2.2 考虑节点位置的密钥分发策略
• 2.2.1 节点位置对密钥分发策略的影响
• 2.2.2 基于改进 K-means 算法的 LKH 策略
• 2.3 基于路由信息的密钥分发策略
• 2.3.1 路由信息对密钥分发策略的影响
• 2.3.2 路由分支分群算法
• 2.4 实验结果及分析
• 2.4.1 实验环境及参数
• 2.4.2 实验结果及其分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于对称密钥的移动 AD HOC 网络组密钥更新策略
• 3.1 组密钥更新问题
• 3.2 相关的研究成果
• 3.2.1 基于身份的密码系统预备知识
• 3.2.2 基于二维密钥表的组密钥更新策略
• 3.3 基于对称密钥的组密钥更新策略
• 3.3.1 模型假设和符号约定
• 3.3.2 预分发密钥
• 3.3.3 增加组成员
• 3.3.4 组成员离开
• 3.4 安全和性能分析
• 3.4.1 安全性分析
• 3.4.2 性能分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于填充设计的移动 AD HOC 网络组密钥更新策略
• 4.1 密钥管理方式
• 4.1.1 三类密钥管理方式的比较
• 4.1.2 密钥预分发方案的研究进展和考虑因素
• 4.2 数学模型和相关定义
• 4.2.1 Cover-Free Families 数学模型
• 4.2.2 相关组合设计数学定义
• 4.3 基于填充设计的组密钥更新策略
• 4.3.1 网络假设和基本思想
• 4.3.2 符号和映射
• 4.3.3 策略的描述
• 4.4 安全与性能分析
• 4.4.1 安全性分析
• 4.4.2 共享密钥连接度
• 4.4.3 安全、连接度和存储量的平衡
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 本文的成果
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历