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容迟网安全协议研究

贾忠田  
【摘要】:容迟网是最近几年才逐渐发展起来的一种新型的无线网络。其特点是,信息通过节点相遇时建立的无线网络连接进行直接传递,信息的接收节点存储并携带所收到的信息,直到遇到其目的节点或者有可能把该信息携带给其目的节点的节点时,才把所收到的信息转发出去。这种存储-携带-转发式的无线网络不仅可以实现异构网络的互联,而且,还可以在缺乏网络基础设施的情况下,实现信息的传递。因此,其应用前景非常广阔。例如,当地面通信基础设施遭到海啸、地震等自然灾害的严重破坏时,前期的救援人员与救援车辆之间,可以利用各自装备的无线通信设备进行直接通信,从而把灾害的现场情况实时地发送到救援中心;在网络基础设施建设投资多、利用率低、难以回收建设成本的情况下,我们可以把往返于该地区与城市之间的车辆部署成容迟网的节点,负责存储、携带和转发该地区的用户数据,从而为该地区的教育、卫生保健和政务等应用提供互联网的接入服务。 由于信息在传递过程中需要经过若干个中间节点的存储、携带和转发,所以信息传播路径上的任何中间节点,都有足够的时间对信息进行窃取或篡改。另外,信息传播路径上的任何中间节点还可以轻易地破坏信息的传播机制,比如,有些节点为了节省有限的存储空间和能量,只接收自己的信息,而拒绝为其它节点转发信息。因此,与传统网络相比,容迟网面临着更多的安全威胁。目前的研究主要集中在信息的传播方法上,对于其合作激励机制与安全性的研究才刚刚开始,特别是对于传播路径的跟踪与密钥分配的研究几乎还是一片空白。然而,目前的所有激励方案都只关注成功传播路径上的节点,忽略了那些虽然按照规则进行了合作,但是由于信息没有沿着其所在的路径到达目的节点,而白做贡献的节点。目前的多数安全方案都采用了基于身份的密码系统,但是,该密码系统仍然面临着身份管理与密钥更新的困难、密钥生成中心知道所有用户密钥等缺点,因此,激励方案和信息安全问题的研究都需要更多的创新。 本文把容迟网的奖励机制与信息安全问题结合起来进行研究。研究内容包括容迟网信息传输过程中的机密性、完整性与认证性、信息传播路径跟踪方法、节点分类与网络结构的划分策略、密钥管理方案以及安全信息传输模型等几个方面。本论文的主要创新工作简要归纳如下: (1)提出了一个基于汇聚签名的安全信息交易协议。中间节点根据对汇聚签名的验证,决定是否对所接收的信息进行转发,并通过汇聚签名自动记录信息的传播路径。最后一个中继节点负责把最终的汇聚签名和信息收据一起提交给可信第三方,由其负责揭示信息的传播路径并实施相应的奖励。协议使用预付款博弈的方法阻止节点之间的合谋攻击。当信息需要分片传输时,协议使用哈希认证树减少授权申请的次数; (2)提出了一个信息传播路径的跟踪协议。该协议把信息传播过程中同一条路径上的节点,利用时间链接协议按照先后次序链接在一起,可信第三方可以根据签署的时间链接请求和本方案提出的路径寻找算法计算出所有的传播路径,而不论其是否能够到达目的节点。因此,利用该协议能够使所有按照规则做出贡献的节点,都可以得到相应的奖励,更好地促进节点之间的相互合作; (3)提出了具有专门中继节点的安全信息传输协议。该协议根据节点的介数不同把节点分为中继节点和终端节点。通过专门中继节点的设置,增加了终端节点与管理中心的通信机会,减少了总体的管理开销,并且可以使用基于数字证书的方案解决容迟网中的安全问题。通过把中继节点和目的节点分别设置成商家服务器和支付网关,我们把SET协议引入到容迟网中,解决信息传输的安全问题; (4)提出了基于双通道密码学的公钥分发协议。按照协议,公钥所有者直接交换的公钥,其正确性及其与所有者之间的对应关系可以通过双通道密码技术得到保证,非公钥所有者传来的公钥,其正确性及其与所有者之间的对应关系由协议中给出的算法进行确认。协议利用动态虚拟图把节点确认的密钥个数与节点的动态虚拟度联系起来,然后用动态虚拟图的方法证明了协议的有效性; (5)提出了基于公钥的安全信息传输模型。该模型通过时间相关图把节点应该维护的公钥个数,转化成节点的最大平均度,节点在某个时间步内的实际度是与最大平均度、时间以及节点运动模型相关的函数。通过对相关参数的分析,确定了信息在信任节点之间传播时,每个节点应该维护的公钥个数。


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