Java USIM卡安全计算研究

论文摘要

近年来，移动通信迅速发展并取得了巨大的成功，目前全球已有十亿的移动用户，移动终端的数目也已经超过了因特网连接的电脑数目。移动技术除了为人们提供随处可及、全天候的语音服务外，电子支付、移动证券等增值业务也开始广泛应用。 Java USIM卡为移动增值业务提供了安全的计算平台，在一张Java USIM卡上可以运行多个应用程序，并使应用程序能够在发卡以后动态下载。Java语言编写的增值业务能够安全的运行在不同厂家提供的平台。本文重点研究Java USIM平台的安全计算环境，完整给出Java Card虚拟机实现过程，设计分代式Java Card垃圾收集算法，提出基于NTRU公钥密码体系的USIM卡安全个人化协议，扩展Java Card远程方法调用，最后利用Java USIM开展移动网络数字版权管理研究。本文的主要成果如下： 1．采用跨层设计的思想，设计并实现了分代式Java Card垃圾收集算法 通过分析Java Card的对象管理方法、事务处理能力和Flash存储介质物理特性，首次采用跨层设计的思想，将物理设备的驱动层和虚拟机结构统一考虑，提出了分代的自适应Java Card标记-清扫-复制垃圾收集算法，算法能够高效的实现Java Card对象的垃圾收集和资源回收，同时较好的提供了Flash磨损均衡。 2．实现基于NTRU公钥密码体系的USIM卡安全个人化协议 分析WCDMA系统鉴权机制，找出整个系统的安全弱点。通过为USIM卡引入基于NTRU公钥密码算法的安全个人化协议，消除了WCDMA系统中用户关键密钥被暴露的机会，加强了USIM卡的安全性，为系统网络接入安全提供了保障。 3．提出基于IBE的Java USIM卡安全远程方法调用 Java USIM卡远程方法调用扩展了Java Card远程方法调用的适用范围，为分布在移动网络中的Java USIM卡提供了直接进行方法调用的能力。通过引入IBE加密体系，消除了用户间复杂的密钥分配过程，为远程方法调用提供了安全保障，开启了移动网络分布式计算的新模型。 4．提出基于Java USIM卡的移动数字版权管理体系

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 0.1.Java技术与智能卡
• 0.2.USIM卡安全计算环境
• 0.3.研究现状
• 0.4.关于本论文
• 0.4.1.研究目标
• 0.4.2.研究内容与研究思路
• 0.5.主要工作与创新点
• 0.6.论文组织
• 第1章 USIM卡动态更新代码生成算法
• 1.1.USIM卡空中下载技术
• 1.2.USIM卡动态更新代码分析
• 1.3.基于ARM的USIM卡硬件结构
• 1.3.1.USIM卡SC100处理器运行模式
• 1.3.2.Thumb模式分支指令处理算法
• 1.4.链接器研究
• 1.4.1.ELF文件格式
• 1.4.2.目标代码链接
• 1.5.USIM动态更新代码生成算法
• 1.5.1.符号解析过程
• 1.5.2.地址重定位算法
• 1.5.3.算法性能分析与改进
• 1.6.本章小结
• 第2章 Java Card多应用计算模型
• 2.1.Java Card多应用平台
• 2.1.1.Java Card特性
• 2.1.2.Java Card平台无关性
• 2.1.3.Java Card安全多应用计算模型
• 2.2.Java Card安装与链接模型
• 2.2.1.Java Class文件结构
• 2.2.2.Java class描述符
• 2.2.3.Java Card CAP文件结构
• 2.2.4.Java Card应用安装与链接
• 2.3.Java Card Applet
• 2.3.1.Applet安装方法
• 2.3.2.Applet调度方法
• 2.3.3.Applet共享方法
• 2.3.4.Applet实例分析
• 2.4.本章小结
• 第3章 Java Card虚拟机设计与实现
• 3.1.Java Card虚拟机生命周期
• 3.2.Java Card虚拟机结构设计
• 3.2.1.虚拟机体系结构
• 3.2.2.程序计数器
• 3.2.3.Java Card包空间
• 3.2.4.Java Card堆空间
• 3.2.5.Java Card栈帧
• 3.2.6.Java Card本地方法
• 3.2.7.Java Card虚拟机执行引擎
• 3.3.Java Card对象模型
• 3.3.1.Java Card对象分类
• 3.3.2.防火墙与对象隔离
• 3.3.3.跨越上下文访问
• 3.3.4.Java Card对象头设计
• 3.3.5.Java Card持久对象产生
• 3.3.6.Java Card瞬态对象产生
• 3.4.Java Card方法调用
• 3.4.1.特殊方法调用
• 3.4.3.静态方法调用
• 3.4.4.虚方法调用
• 3.4.5.接口方法调用
• 3.5.Java Card异常处理
• 3.5.1.编译期异常处理
• 3.5.2.Finally语句实现分析
• 3.5.3.Java Card系统异常结构
• 3.5.4.Java Card方法组件异常支持
• 3.5.5.Java Card虚拟机异常处理核心
• 3.6.本章小结
• 第4章 Java Card垃圾收集算法
• 4.1.垃圾收集概述
• 4.2.目前的研究工作
• 4.3.垃圾收集经典算法
• 4.3.1.引用计数算法
• 4.3.2.标记清扫算法
• 4.3.3.节点复制算法
• 4.3.4.分代收集算法
• 4.4.Java Card垃圾收集特性
• 4.4.1.Java Card事务处理
• 4.4.2.Java Card存储特性
• 4.5.Java Card垃圾收集算法
• 4.5.1.Java Card对象管理体系
• 4.5.2.Java Card动态删除
• 4.5.3.Java Card垃圾检测算法
• 4.5.4.Java Card垃圾收集策略
• 4.5.5.实验数据与分析
• 4.6.本章小结
• 第5章 Java USIM卡安全算法与协议
• 5.1.WCDMA网络安全体系
• 5.1.1.WCDMA系统用户认证与密钥分配
• 5.1.2.认证向量生成及验证
• 5.1.3.USIM安全函数构造算法
• 5.2.Java USIM卡安全相关算法
• 5.2.1.散列算法模块
• 5.2.2.加密算法模块
• 5.3.RSA公钥密码算法基于Java Card的实现
• 5.3.1.素数产生
• 5.3.2.加密与解密运算
• 5.4.NTRU公钥密码算法基于Java Card的实现
• 5.4.1.NTRU公钥密码体系介绍
• 5.4.2.NTRU公钥密码算法
• 5.4.3.NTRU算法基于Java Card的实现
• 5.5.基于NTRU的USIM卡安全个人化协议
• 5.5.1.USIM卡个人化方法
• 5.5.2.USIM卡安全个人化协议
• 5.6.本章小结
• 第6章 Java USIM卡安全远程方法调用
• 6.1.Java远程方法调用研究
• 6.1.1.RMI体系结构
• 6.1.2.RMI对象发现机制
• 6.1.3.RMI参数传递
• 6.2.Java Card远程方法调用
• 6.2.1.JCRMI体系结构
• 6.2.2.JCRMI远程访问对象
• 6.2.3.JCRMI传输协议
• 6.2.4.JCRMI实现分析
• 6.3.Java USIM安全远程方法调用
• 6.3.1.数据短消息认证机制
• 6.3.2.基于IBE的短消息安全系统
• 6.3.3.Java USIM安全远程方法调用
• 6.4.本章小结
• 第7章 基于Java USIM卡的数字版权管理
• 7.1.数字版权管理技术
• 7.2.移动网络数字版权管理系统
• 7.3.数字内容加密
• 7.4.数字版权描述
• 7.5.移动网络数字内容分发
• 7.5.1.分发模型
• 7.5.2.分发流程
• 7.6.基于Java USIM卡的数字版权代理
• 7.6.1.安全计算环境
• 7.6.2.DRM Agent研究
• 7.7.实验结果及分析
• 7.7.1.系统性能分析
• 7.7.2.系统安全性分析
• 7.8.本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1.论文工作总结
• 8.2.进一步研究方向
• 致谢
• 博士在读期间发表和录用的论文