面向大规模延迟容忍网络的安全机制研究 pdf下载

　　大规模延迟容忍网络（LDTN）具有网络规模大、覆盖面积广、链路间歇性连通等特点，使得传统的安全机制无法直接应用。
　　本书在深入分析LDTN安全需求的基础上，对接入认证、广播认证、密钥管理、安全切换及远程可信证明等信息安全关键技术进行了深入研究，主要内容如下：针对LDTN规模大，链路易中断的特点，设计基于分级身份签名算法的接入认证协议以及基于批验签的并发认证协议；针对飞行器并发接入无线传感器网络的特殊LDTN应用场景，提出一种基于消息驱动的μTESLA广播认证协议以及一种新的多级μTESLA协议；针对LDTN密钥管理与安全切换问题，提出基于中国剩余定理的组密钥管理机制以及基于上下文传递的安全切换机制；将可信计算的远程证明技术应用在LDTN网络中，给出了支持批处理和支持推送模式的远程证明机制。

　　徐国愚，男，1982年出生，博士，讲师，河南财经政法大学计算机与信息工程学院物联网工程教研室教师，主讲离散数学、信息系统项目管理等课程。2013年6月毕业于解放军信息工程大学计算机应用技术专业，获工学博士学位。主要研究方向为网络安全协议、公钥密码算法、公钥密码可证明理论等，重点研究内容为基于分级身份的公钥签名算法、聚合签名算法、无线传感器广播认证协议、基于上下文的安全切换以及隐式身份认证机制等，其研究成果主要应用于延迟容忍网络、adhoc网络、混合云计算等环境中。主持国家自然科学基金项目1项、河南省科技攻关项目1项，在国内外重要的学术期刊及会议上发表论文10余篇，申请国家发明专利1项。

1 引言
1．1 研究背景与意义
1．2 延迟容忍网络的起源及其体系结构
1．2．1 延迟容忍网络的起源
1．2．2 延迟容忍网络体系结构
1．3 主要内容

2 LDTN接入认证机制
2．1 面向LDTN的接入认证机制研究现状
2．1．1 接入认证技术研究现状
2．1．2 并发接入认证技术研究现状
2．2 基于分级身份签名的接入认证协议
2．2．1 需求分析与架构设计
2．2．2 签名算法设计
2．2．3 接入认证协议设计
2．2．4 安全性证明
2．2．5 性能分析与仿真实验
2．3 基于批验签的并发接入认证协议
2．3．1 设计思路
2．3．2 HIBS批验签算法
2．3．3 基于混合测试的错误签名筛选算法
2．3．4 并发接入认证协议
2．3．5 性能分析与仿真实验
2．4 可高效撤销的匿名接入认证方案
2．4．1 方案设计
2．4．2 性能与安全性分析
2．4．3 仿真实验
2．5 本章小结

3 LDTN广播认证机制
3．1 LDTN广播认证机制研究现状
3．2 基于消息驱动的μTESLA广播认证协议
3．2．1 μTESLA协议存在的问题
3．2．2 基本M-μTESLA协议
3．2．3 多层M-μTESLA协议
3．2．4 协议分析与仿真实验
3．3 一种新的多级μTESLA广播认证协议
3．3．1 多级μTESLA协议存在的问题
3．3．2 一种新的多级μTESLA广播认证协议
3．3．3 协议分析及对比
3．3．4 仿真与性能比较
3．4 本章小结

4 LDTN密钥管理与安全切换
4．1 LDTN密钥管理与安全切换研究现状
4．1．1 LDTN密钥管理机制研究现状
4．1．2 LDTN安全切换机制研究现状
4．2 LDTN组密钥管理机制
4．2．1 基于中国剩余定理的LDTN组密钥管理方案
4．2．2 基于时间的CRDGK
4．2．3 协议分析
4．2．4 仿真实验与比较
4．3 基于分级身份的认证密钥协商协议
4．3．1 基于分级身份的认证密钥协商协议设计
4．3．2 协议安全性证明
4．3．3 性能分析与比较
4．4 基于上下文传递的LDTN安全切换机制
4．4．1 基于多普勒频移的切换基站选择算法
4．4．2 安全切换机制
4．4．3 协议分析与仿真实验
4．5 本章小结
……

5 LDTN远程可信证明机制

参考文献

　　大规模延迟容忍网络（LDTN）是指一类特殊的网络，该类型网络具有网络规模大、覆盖面积广、链路间歇性连通等特点。例如，天地一体化延迟容忍网络是一种典型的LDTN应用场景，网络由空基、天基、地基组成，节点包括卫星、浮空器、飞行器、地面终端等，卫星等节点的高速运动导致通信链路易中断。LDTN网络可以应用在军事侦察、卫星通信、深空探测等领域，具有重要的战略意义与应用价值。
　　由于LDTN的重要性，需要对其信息系统进行安全防护。本书在深入分析LDTN特殊安全需求的基础上，深入研究面向LDTN的接人认证机制、广播认证机制、密钥管理与安全切换及远程可信证明机制的关键技术，主要内容如下：
　　（1）LDTN接人认证机制。针对LDTN网络规模大，链路易中断的特点，设计了一种基于分级身份签名算法的接人认证协议。其通信与计算开销小于现有同类型协议，能够适应大规模LDTN网络环境。基于h-wDB-DHI+与ECDDH难题证明了签名算法与协议的安全性：针对集群用户并发接人需求，提出一种基于批验签的多用户并发接入认证协议，通过分级身份批验签算法与基于混合测试的错误签名筛选算法降低了基站认证开销，提高了并发认证效率；针对LDTN重要节点的匿名接人需求，提出可高效撤销的匿名接入认证机制，通过假名标识集实现匿名认证，通过秘密陷门机制实现假名高效撤销。
　　（2）LDTN广播认证机制。针对飞行器并发接入无线传感器网络的应用场景，提出一种基于消息驱动的μTESLA广播认证协议，能够支持移动式基站，并且采用多层密钥链及基于Merkle树的参数包分发机制增强了协议的安全性；针对多级μTESLA广播认证协议易受拒绝服务攻击的影响和错误恢复时延长的问题，提出一种新的多级μTESLA协议，减轻其分发参数包时受到DOS攻击的可能性，缩短了错误恢复时延，协议通信开销小，并且不易受网络丢包率的影响。
　　（3）LDTN密钥管理与安全切换。本书针对LDTN网络的特殊性，提出了一种基于中国剩余定理的LDTN组密钥管理机制。其在新节点加入时不需要广播任何消息，在节点退出时，仅需要发送一条消息，所以通信开销小，且组成员的计算开销小。同时，方案具有状态无关性，不受丢包的影响；针对密钥协商的安全性，提出一种基于分级身份的LDTN认证密钥协商协议，并在标准模型下对协议进行了证明，保证了密钥的安全性。与同类型协议相比，本协议计算和通信开销更小：针对LDTN快速安全切换需求，提出一种基于上下文传递的安全切换机制，通过基于多普勒频移的切换基站选择算法与上下文传递机制实现快速安全切换。
　　（4）LDTN远程可信证明机制。可信计算中的远程证明技术能够向远程基站报告终端当前的安全状态，且具有防篡改性。本书将远程证明技术应用在LDTN网络中，能够对接入终端的安全性进行持续性监控，增加网络的安全性。针对远程证明机制中存在的效率问题，本书提出批处理方案，将短时间段内到达的请求集中进行处理，实现支持批处理的远程证明，同时利用Merkle树进一步减少批处理方案中通信量增长的不足。另外，本书还提出了支持推送模式的远程证明方案，利用TPM的传输会话功能，在应用层将完整性报告与时间关联，通过定时上传和日志记录的方法实现推送模式。