基于群組的MTC認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，作為物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)形式之一，機(jī)器類型通信（MTC）獲得了飛速發(fā)展，在智能家居、智能電網(wǎng)、電子醫(yī)療以及遠(yuǎn)程監(jiān)控與追蹤等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。憑借著低成本、低能耗、易于部署以及無(wú)需人工參與等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器類型通信有著巨大的發(fā)展前景，但是現(xiàn)有承載網(wǎng)絡(luò)是面向人對(duì)人通信設(shè)計(jì)的，缺少針對(duì)機(jī)器類型通信的優(yōu)化，海量的機(jī)器類型通信設(shè)備同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)會(huì)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)形成巨大沖擊，造成核心網(wǎng)的信令擁塞和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的過(guò)載；在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的機(jī)器類型通信

2、的應(yīng)用中，海量高并發(fā)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求使服務(wù)器無(wú)時(shí)無(wú)刻不處于繁重的信息處理工作中，對(duì)應(yīng)用服務(wù)器的性能和服務(wù)質(zhì)量都提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問(wèn)題雖然已經(jīng)有一些優(yōu)化方案，但是這些方案主要關(guān)注于如何設(shè)計(jì)接入控制機(jī)制來(lái)緩解MTC通信對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的沖擊，幾乎沒(méi)有考慮在應(yīng)用層面上如何減輕業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)擁塞和服務(wù)器過(guò)載，尤其是應(yīng)用層上認(rèn)證與密鑰協(xié)商階段的優(yōu)化問(wèn)題。因此，本文對(duì)機(jī)器類型通信在應(yīng)用層上的認(rèn)證和密鑰協(xié)商機(jī)制進(jìn)行了深入研究，通過(guò)改進(jìn)的群組密鑰協(xié)商機(jī)制和代理機(jī)制

3、來(lái)降低核心網(wǎng)信令開(kāi)銷，減輕服務(wù)器負(fù)荷，所取得的主要研究成果有：
　　1.對(duì)多媒體業(yè)務(wù)中的MTC群組密鑰協(xié)商協(xié)議進(jìn)行了研究。在支持多媒體業(yè)務(wù)的機(jī)器類型通信的應(yīng)用中，服務(wù)器與每個(gè)機(jī)器類型通信設(shè)備的通信內(nèi)容是相同的。利用這一特點(diǎn)，服務(wù)器可以以廣播的方式向組中所有機(jī)器類型通信設(shè)備發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流。同時(shí)，為了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的安全，服務(wù)器與組中各個(gè)機(jī)器類型通信設(shè)備需要共享一個(gè)群組密鑰。論文提出了一種基于群組的密鑰協(xié)商方案。該方案中應(yīng)用服務(wù)器分別與群

4、組中各終端設(shè)備通過(guò)通用認(rèn)證架構(gòu)GAA生成預(yù)共享密鑰，并通過(guò)廣播的形式向群組設(shè)備分發(fā)計(jì)算群組密鑰所需的必要信息。利用上述信息應(yīng)用服務(wù)器與群組設(shè)備可獨(dú)立計(jì)算出多媒體廣播業(yè)務(wù)所需的安全的會(huì)話密鑰。分析表明，與現(xiàn)有的廣播多播業(yè)務(wù)MBMS的群組密鑰分發(fā)方案相比，該密鑰協(xié)商方案具有較少的消息交互輪數(shù)和通信開(kāi)銷。
　　2.對(duì)基于群組代理的MTC應(yīng)用架構(gòu)及基于代理的認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議進(jìn)行了研究。通過(guò)毛細(xì)網(wǎng)絡(luò)接入是機(jī)器類型通信的一種常見(jiàn)接入形式，網(wǎng)

5、絡(luò)中的設(shè)備通常不具有蜂窩移動(dòng)通信能力，因此傳統(tǒng)的通用認(rèn)證架構(gòu)GAA不再適用于設(shè)備和服務(wù)器間的認(rèn)證和密鑰協(xié)商。論文提出了基于群組代理的MTC應(yīng)用架構(gòu)，由網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)器的代理，代替服務(wù)器對(duì)機(jī)器類型通信設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，并引入代理管理員，處理服務(wù)器的代理請(qǐng)求并管理代理群?；谠摷軜?gòu)的認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議中，代理網(wǎng)關(guān)與機(jī)器類型通信設(shè)備進(jìn)行雙向認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后，網(wǎng)關(guān)向服務(wù)器發(fā)送必要信息，使得服務(wù)器計(jì)算出與各個(gè)機(jī)器類型通信設(shè)備之間的通信密鑰。分析表明，該