無線多跳網(wǎng)絡的認證、密鑰協(xié)商及信任機制研究.pdf

1、作為下一代寬帶無線接入網(wǎng)絡采用的架構(gòu)，無線多跳網(wǎng)絡大多沒有完善的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施，無線信道完全開放，網(wǎng)絡也缺乏自穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)在無線環(huán)境下進行多跳傳輸，失去了有線網(wǎng)絡的封閉性保護，對無線多跳網(wǎng)絡環(huán)境下的用戶認證、授權(quán)、密鑰管理、數(shù)據(jù)保護等相關(guān)安全機制也帶來了更大的新的挑戰(zhàn)。 無線Adhoc網(wǎng)絡是一種典型的不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的由移動節(jié)點動態(tài)構(gòu)建的無線多跳網(wǎng)絡，它采用無中心的分布式控制方式，具有較強的自組織性和抗毀性；無線：Mesh網(wǎng)絡(W

2、irelessMeshNetwork，WMN)是從Adhoc網(wǎng)絡分離出來，并承襲了部分WLAN技術(shù)的一種新的網(wǎng)絡技術(shù)，具備多跳、高容量、高速率及分布式的特點。本文對無線多跳Adhoc網(wǎng)絡和無線多跳Mesh網(wǎng)絡的架構(gòu)和安全機制進行了分析研究，重點研究了無線多跳Mesh網(wǎng)絡的相關(guān)安全機制，提出了多個新的解決方案和觀點。 本文的研究成果及創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面： 1.針對分布式分級分簇的Adhoc網(wǎng)絡，定義了一種基于信任值更

3、新的數(shù)學模型，提出了基于信任值更新模型的簇頭代理和成員監(jiān)督的認證機制，增強了認證的安全性，減少了認證和密鑰協(xié)商的數(shù)據(jù)通信量，提高了密鑰傳輸?shù)男省?2.描述了一種無線多跳Mesh網(wǎng)絡下的認證框架與方法，該方案基于Kerberos機制，采用了身份認證與接入授權(quán)分開進行的設(shè)計思路，減少了周期性認證的交互流程，實現(xiàn)了分級授權(quán)。偽隨機序列在無線多跳網(wǎng)絡的用戶認證、密鑰協(xié)商、數(shù)據(jù)保護等方面具有重要的應用價值，基于超混沌模型，闡述了把超混沌

4、序列降維后用來設(shè)計偽隨機序列的思想，提出并設(shè)計了新型的降維算法，并對所設(shè)計的超混沌序列性能進行了深入地分析研究。研究表明：產(chǎn)生的新型混沌偽隨機序列具有很好的復雜度和擴散均勻度，為新型偽隨機序列的生成提供了另外一條解決思路。 3.無線多跳Mesh網(wǎng)絡的鏈路開放性，給用戶通信數(shù)據(jù)的無線安全傳輸帶來了較大挑戰(zhàn)。為了能使用戶在異地接入無線多跳Mesh網(wǎng)絡的通信數(shù)據(jù)得以安全密態(tài)傳輸，提出了一種新的STA通過非歸屬MAP(MeshAcces

5、sPoint)安全接入二層連通的無線多跳Mesh網(wǎng)絡時的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議SAVAKA(SecureAccessVisitorDomainAuthenticationandKeyAgreementProtocol)，保障了非歸屬MAP節(jié)點以及其他多跳MAP節(jié)點不能獲取用戶終端的數(shù)據(jù)通信信息。在Canetti-Krawczyk模型下完成了SAVAKA協(xié)議的設(shè)計與形式化安全性分析與證明，不依賴上層的安全方案保護，解決了STA通過非歸屬域接入

6、Mesh網(wǎng)絡時的用戶通信數(shù)據(jù)私密性問題，方案還能支持多網(wǎng)關(guān)模式下無線多跳Mesh網(wǎng)絡的用戶無線接入。思路新穎，具有較強的實際意義和應用價值。 4.為了解決移動用戶通過無線多跳Mesh網(wǎng)絡接入時的安全認證問題，首先提出了一種預認證的安全切換機制，該方法采用MN(MobileNode)廣播消息的方式，接入認證與安全切換同時進行，實現(xiàn)了雙向的提前認證，減少了MN與歸屬域的交互流程，提高了接入時的認證效率。其次，基于Asmuth-Blo

7、om門限機制，設(shè)計了多服務器的無線Mesh網(wǎng)絡門限認證系統(tǒng)模型，描述了具體的無線接入和認證流程。在該系統(tǒng)中，采用門限機制，只有認證服務器組中的成員才可以執(zhí)行有效的認證過程，保證了接入認證過程的安全性，也避免了假冒攻擊和單個服務器被攻陷。 5.無線Mesh網(wǎng)絡環(huán)境下，信息通過開放環(huán)境下的多跳節(jié)點中繼傳輸，種種不規(guī)范的網(wǎng)絡行為難以監(jiān)管和控制。為了解決用戶通過無線Mesh網(wǎng)絡進行發(fā)帖行為的不可抵賴問題，提出了一種基于用戶行為認證碼來實

8、現(xiàn)用戶通過Mesh網(wǎng)絡接入Internet的網(wǎng)上業(yè)務操作不可抵賴的方法，設(shè)計了用戶行為認證碼，完成了在Mesh網(wǎng)絡的MAC層對應用層數(shù)據(jù)的多網(wǎng)關(guān)模式的認證處理，通過對現(xiàn)有網(wǎng)絡協(xié)議棧進行合理改進，實現(xiàn)了無線Mesh網(wǎng)絡中用戶的發(fā)帖行為可控，發(fā)帖事件可查的安全目標。 6.在無線多跳網(wǎng)絡中，由于動態(tài)變化的網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定的節(jié)點連通性，要建立任意兩個通信節(jié)點間直接的信任關(guān)系會比較困難。提出了群推薦的概念，在基于群推薦的基礎(chǔ)上，提出了