CCSDS认证加密技术研究

论文摘要

空间通信多用于关系国计民生的军事、政治、商业等领域,近年来发展迅速。现代航天技术对空间通信系统的依赖性逐渐增大,对空间通信系统的安全性要求也越来越高。空间通信的安全主要体现在信息的机密性、完整性和不可否认性上;为保障这些安全属性,随着近代密码学的发展,密码技术也被广泛应用到了空间通信系统中。本文首先对认证加密算法进行了研究,然后对CCSDS（空间数据系统咨询委员会）协议体系结构中的数据链路层AOS协议、TC协议,以及网络层的SCPS-SP协议的认证加密方案进行深入研究。认证加密算法是保证数据安全通信的基础,本文提出了一个认证加密协议过程,注册用户对于CA是匿名的,不仅能不使用哈希和冗余函数对通信的消息进行加密,且能够对发送方的身份和数据的完整性进行认证。AOS建议主要用于跟踪与数据中继卫星系统,对于AOS协议,本文总结了其保护层次的选择、加密业务、认证业务的实现以及密钥的管理。分包遥控是由CCSDS建议书所规定的空间通信系统数据传输体制,本文分析了CCSDS遥控数据认证安全的状况,总结了对遥控协议数据进行认证性保护的技术方法。SCPS-SP是CCSDS标准中唯一涉及空间通信安全保障的网络层安全协议。针对原协议在安全级别自适应、抗重放攻击和流量分析的网络攻击等方面对数据保护的不足,本文提出了改进的具有多级别安全自适应的SCPS-SP协议,并将GCM认证加密算法应用到了改进的协议中,以进一步提升SP协议的安全性能。仿真实验结果表明,改进后的协议能够满足空间通信系统对数据保护的要求,在安全性能上有明显的提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外相关研究
• 1.3 课题的研究内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第2章 空间通信安全问题概述
• 2.1 航天测控网
• 2.2 CCSDS 介绍
• 2.3 空间通信网络的安全需求
• 2.3.1 空间通信网络的特点
• 2.3.2 空间通信网络的安全需求
• 2.4 空间通信网络的安全机制
• 2.4.1 常见的认证加密技术
• 2.4.2 空间通信网络的安全机制
• 2.5 小结
• 第3章 一种改进的认证加密方案
• 3.1 N-R 签名方案
• 3.2 LC 认证加密方案
• 3.3 Zheng 签密方案
• 3.4 一种改进的认证加密方案
• 3.5 小结
• 第4章 CCSDS 数据链路层认证加密研究
• 4.1 CCSDS 数据链路层概述
• 4.2 AOS 协议的认证加密机制
• 4.2.1 AOS 协议概述、特点及安全需求
• 4.2.2 数据保护体制的实施
• 4.3 TC 协议的认证加密机制
• 4.3.1 CCSDS 分包遥控系统及其安全需求
• 4.3.2 分包遥控数据保护的实现
• 4.4 小结
• 第5章 CCSDS 网络层安全协议 SCPS-SP 的研究与改进
• 5.1 SCPS-SP 概述
• 5.2 SCPS-SP 的局限性
• 5.3 改进的具有多级别安全自适应的SCPS-SP
• 5.3.1 应用环境
• 5.3.2 改进的协议数据单元格式
• 5.4 GCM 算法在SCPS-SP 协议中的应用
• 5.5 小结
• 第6章 仿真实验平台介绍与仿真结果分析
• 6.1 仿真技术路线分析
• 6.2 SCPS 协议参考实现软件包介绍
• 6.2.1 SCPS 协议参考实现软件包概述
• 6.2.2 SCPS 协议参考实现软件包的使用环境
• 6.2.3 SCPS 协议参考实现软件包的局限性
• 6.3 Windows 环境下利用VC 编制的仿真实验平台
• 6.3.1 发送方模块
• 6.3.2 接收方模块
• 6.3.3 信道模块
• 6.4 仿真结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参加科研项目及发表（含录用）的学术论文