分布式组播密钥管理算法研究

论文摘要

因特网与人类社会的关系日益密切,各种应用需求带动网络传输技术不断向前发展。组播作为一种独特的网络传输技术,在虚拟会议、网络辅助协同工作、多媒体实时点播、网络游戏等方面有着广阔的应用前景。组播应用对组播的安全性能提出了新的要求。但是,目前的组播协议缺乏安全机制,从而限制了组播在各种网络业务中的应用。本文分析总结了组播密钥管理需要解决的主要安全问题,介绍了组播密钥管理方案的分类情况,列举了几种典型方案,并对不同类型的方案进行了比较和分析。HPNSM是一种基于多中心的安全组播框架,综合了集中式、分布式以及分层分组式等几种密钥管理方案的优点,适用于大型动态安全组播通信应用。该方案逻辑上分为两层结构,顶层为管理者层,采用DH协议协商产生密钥,避免了单点失效问题;底层为用户层,通过用户分组方法,分散了用户集中加入、离开操作。本文重点介绍了HPNSM方案的体系结构、Leader选举协议、密钥更新算法和目前存在的主要问题。在分析HPNSM方案的基础上,提出了改进的密钥管理方案EHPNSM,设计了相应动态分组的算法及批量密钥更新算法,并通过实验结果分析了算法的性能。研究结果表明在选取恰当的分组规模的条件下,采用EHPNSM方案管理密钥与集中式LKH方案相比,平均加密次数明显减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 组播技术简介
• 1.2 组播安全问题
• 1.3 组播密钥管理的研究现状
• 1.4 论文结构
• 第2章 组播密钥管理
• 2.1 组播的安全需求
• 2.2 集中式组播密钥管理
• 2.2.1 GKMP方案
• 2.2.2 LKH方案
• 2.2.3 批次更新
• 2.2.4 集中式密钥管理小结
• 2.3 分布式组播密钥管理
• 2.3.1 Clique方案
• 2.3.2 分布式单向函数树方案
• 2.3.3 分布式密钥管理方案小结
• 2.4 分层分组式密钥管理方案
• 2.5 小结
• 第3章 HPNSM密钥管理方案
• 3.1 系统初始化
• 3.1.1 管理层
• 3.1.2 成员层
• 3.2 组密钥更新
• 3.3 存在的问题
• 3.4 小结
• 第4章 改进的EHPNSM密钥管理方案
• 4.1 系统结构
• 4.2 组播子组的确定
• 4.3 多管理者竞争令牌问题解决方案
• 4.3.1 基本密钥更新算法
• 4.3.2 批密钥更新算法
• 4.3.3 子组批密钥更新算法
• 4.4 管理者失效问题
• 4.5 小结
• 第5章 实验系统设计与实现
• 5.1 实验环境
• 5.2 软件结构设计
• 5.2.1 服务器端软件结构
• 5.2.2 客户端软件结构
• 5.3 数据结构及算法设计
• 5.4 子组分裂与合并方案性能测试实验
• 5.4.1 实验数据模型
• 5.4.2 实验过程
• 5.4.3 实验结果及分析
• 5.5 LKH方案与EHPNSM方案性能比较实验
• 5.5.1 实验数据模型
• 5.5.2 实验过程
• 5.5.3 实验结果及分析
• 5.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文