安全組播中的組密鑰管理算法研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,出現(xiàn)了越來越多的面向一組用戶的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。為了保證資源的有效利用,這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通常采用組播進行通信。組播通信與單播通信類似,也面臨著互聯(lián)網(wǎng)上潛在的安全問題。因為單播所采用的安全機制無法直接應(yīng)用到組播中,所以組播上的安全保障方法,即安全組播成為了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的熱點之一。安全組播主要通過一個組內(nèi)用戶共享的密鑰對通信內(nèi)容加密來保證通信的機密性,其中加密所用密鑰材料的管理和分發(fā),即組密鑰管理是有效加密的關(guān)鍵,因此組密鑰管理是安全

2、組播中的核心技術(shù)之一。
　　本文針對如何提高安全組播中的組密鑰管理性能這一問題進行了研究,主要包含以下內(nèi)容:
　　首先本文深入研究了安全組播中基于密鑰樹的組密鑰管理算法。安全組播目前主要采用基于密鑰樹的組密鑰管理算法。這種算法中的組密鑰更新性能受密鑰樹結(jié)構(gòu)影響很大,因此本文對具有不同更新概率的成員集合上的密鑰樹最優(yōu)結(jié)構(gòu)進行了理論探討,并給出了一系列關(guān)于密鑰樹最優(yōu)結(jié)構(gòu)的結(jié)論,證明了存在非根內(nèi)部結(jié)點的度均為2或3的最優(yōu)密鑰樹結(jié)構(gòu)

3、。
　　其次本文利用已得到的最優(yōu)密鑰樹結(jié)構(gòu)的相關(guān)結(jié)論和動態(tài)規(guī)劃(Dynamic Programming)的原理設(shè)計了一種密鑰樹最優(yōu)結(jié)構(gòu)求解算法,與其它同類算法的對比實驗表明了該算法得到的密鑰樹結(jié)構(gòu)具有較好的性能。 然后本文針對密鑰樹的不平衡問題進行了分析?；诿荑€樹的組密鑰管理算法在密鑰樹不平衡時,組密鑰更新性能會大大下降。密鑰樹的不平衡程度難以判定,本文利用外部通路長度(External Path Length)來表示密鑰樹上的

4、平均更新路徑,從而更好地定義了密鑰樹的不平衡度。
　　接下來針對如何保障密鑰樹平衡的問題,本文提出了一種新的路徑洗牌算法來進行組密鑰更新。這種算法能夠?qū)⒚荑€樹的平衡操作分散到一般的組密鑰更新操作中,在保證密鑰樹平衡的同時只需要少量額外的系統(tǒng)開銷。理論分析證明了這種算法具有對數(shù)級的平均更新代價,而實驗結(jié)果也驗證了這種算法的平均性能明顯優(yōu)于其它同類的幾種組密鑰更新算法。 最后本文研究了安全組播中的批量更新組密鑰方法。批量更新組密鑰方法

5、階段性地更新組密鑰,每次更新都能處理多個組成員加入或離開,這樣能夠顯著提高組密鑰更新性能,因此被廣泛研究并使用。
　　本文結(jié)合批量更新組密鑰方法與本文所設(shè)計的路徑洗牌算法,提出了一種多路徑洗牌算法。實驗結(jié)果表明這種算法無論是平均更新代價還是密鑰樹的平衡性,都要優(yōu)于基本的批量更新密鑰方法。 綜上所述,本文從密鑰樹結(jié)構(gòu)、密鑰樹平衡算法和批量更新組密鑰算法三個方面著手，對安全組播中的組密鑰管理算法進行了系統(tǒng)地研究，在密鑰樹最優(yōu)結(jié)構(gòu)以及有