基于LKH的移动组播密钥管理

论文摘要

近年来,随着移动设备的普及,无线通信技术的迅速发展以及组播应用的增加,将组播技术和移动技术结合,在无线网络中确保组播通信的安全性成为了一个重要的研究领域。LKH和IOLUS方案对组通信的密钥管理提出了解决的方案,成为许多密钥管理方案改进的基础。本文首先分析实现了现在应用比较广泛的一种组播密钥管理方案,称为LKH（逻辑密钥树）方案,详细描述了在3种不同的更新策略下:面向用户（user-oriented）,面向密钥（key-oriented）和面向组（group-oriented）策略,逻辑密钥树方案的加入和离开操作。其次,提出了一种基于LKH的M树方案。设计了动态和静态两种M树的建立方法,并利用哈希函数改进了动态的初始化过程,减少了初始化过程的加密开销;总结归纳出SKDC,LKH和M树三种方案的性能分析表;通过观察M树和LKH方案开销差随r的变化,发现当r=19时,加入和离开操作的加密开销达到平衡。然后,基于TKMK树为移动组播提出了一种新的密钥管理方案,称为T树方案。该方案实现了组成员的加入,组成员的离开以及成员的域间移动;对单个MSS域内采用批量更新的办法,减少了重复更新密钥路径造成的浪费;将T树方案的开销分为有线开销和无线开销,分别进行讨论。最后,从存储开销,加密开销,解密开销和通信开销四个方面对SKDC,LKH和M树方案进行了比较,发现LKH和M树方案在组成员离开时的加密和传输开销为O（logn）,但是M树方案的开销略大于LKH方案;而SKDC方案的开销为O（n）,因此SKDC方案的扩展性很差;在存储开销以及成员加入时的加密和解密开销方面,M树方案的性能优于LKH方案。从存储开销和加密开销两个方面对LKH方案和T树方案的单个MSS域进行了比较,发现两种方案在存储开销方面相差不大,但是在成员变化时的加密开销方面,T树方案的性能优于LKH方案。

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摘要

Abstract

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第1章绪论

1.1 引言

1.2 组播密钥管理的研究概况

1.2.1 有线环境中的组播密钥管理

1.2.1.1 集中式组播密钥管理方案

1.2.1.2 分布式组播密钥管理方案

1.2.1.3 分组分层式组播密钥管理方案

1.2.2 无线网络环境中的组播密钥管理

1.3 本文的主要工作

1.4 全文结构

第2章 LKH 密钥管理方案

2.1 逻辑密钥层次方案 LKH 概述

2.2 二叉密钥树节点的数据结构

2.3 组成员的离开

2.3.1 组成员离开时密钥树的更新

2.3.2 组成员离开时面向用户的密钥分发

2.3.3 组成员离开时面向密钥的密钥分发

2.3.4 组成员离开时面向组的密钥分发

2.4 组成员的加入

2.4.1 新组成员加入时密钥树的更新

2.4.2 新组成员加入时面向用户的密钥分发

2.4.3 新组成员加入时面向密钥的密钥分发

2.4.4 新组成员加入时面向组的密钥分发

2.5 本章小结

第3章基于LKH 的混合密钥管理方案

3.1 SKDC 方案和 Iolus 体系结构

3.1.1 SKDC 方案

3.1.2 Iolus 体系结构

3.2 M 树密钥管理方案

3.2.1 M 树方案概述

3.2.2 M 树方案中密钥的存储

3.2.3 M 树方案中的成员变化

3.2.4 M 树方案中成员变化时的开销

3.3 M 树的建立

3.3.1 静态建立过程

3.3.2 动态建立过程

3.3.3 改进的动态建立过程

3.4 综合比较和分析

3.4.1 M 树方案和 LKH 及 SKDC 方案的比较

3.4.2 M 树性能分析

3.4.3 M 树建立方案的比较

3.5 本章小结

第4 章基于 TMKM 树的密钥管理方案

4.1 移动环境中的可靠组播

4.1.1 移动 IP

4.1.2 可靠移动组播协议 HVMP

4.2 基于 TMKM 的 T 树密钥管理方案

4.2.1 TMKM 树

4.2.2 T 树密钥管理方案概述

4.2.3 单个 MSS 域内组成员的变化

4.2.4 成员的域间移动

4.3 性能分析

4.3.1 无线开销

4.3.2 有线开销

4.4 本章小结

第5 章实验数据分析

5.1 SKDC，LKH 和 M 树的实验数据分析

5.1.1 存储开销

5.1.2 成员变动时引起的加密开销和解密开销

5.1.3 成员变动时引起的传输开销

5.2 LKH 和 T 树的实验数据分析

5.2.1 存储开销

5.2.2 成员变动时引起的开销

5.3 本章小节

结束语

参考文献

致谢

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