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网络化制造中的信息安全理论与技术研究

张亚玲  
【摘要】: 网络化制造系统是采用先进的网络技术、制造技术及其他相关技术构建的面向企业特定需求的制造系统。研究网络环境下企业之间电子合同的公平签署、动态虚拟企业联盟中的身份认证机制、远程协同设计中的身份认证和设计文档的安全传输管理等安全问题,设计高效、安全的信息安全解决方案具有重要的理论意义和应用价值。 本文在分析网络化制造系统的安全特征和安全需求的基础上,综合应用现代密码理论和信息安全技术,对网络化制造环境中的信息安全问题进行了深入研究,有针对性地给出了相关解决方案。主要研究成果如下: 针对网络化制造中企业之间电子合同签署的公平性问题,在分析现有同时签名方案安全缺陷的基础上,研究提出了两个适合企业之间电子合同公平签署的数字签名协议i2PCS1和i3PCS1。i2PCS1协议的特点是将合同内容与关键数绑定形成关键数映像,以防止这一过程中的消息替代攻击;而i3PCS1协议的特点是关键数的释放由盟员企业完成,使得盟员企业在这一过程中更具有优势,以抵消盟主企业在合作过程中所拥有的自然优势,使得协议更具公平性。新协议为网络化制造中企业之间电子合同签署的公平性提供了一个高效安全的解决方案。针对同时签名中的时效认证问题,研究了数字时间戳方案,为合同签名的时效性认证提供可行的途径。 针对动态虚拟企业联盟中的身份认证机制问题,分析了现有虚拟企业信任交互认证方案在成员增减协议中存在的安全缺陷,研究提出了一个改进的抗联盟攻击的虚拟企业信任交互认证方案。新方案通过赋予虚拟企业盟主关于私钥的一个决定因子,使得VCA的私钥生成和证书颁发必须有盟主的参与。新方案保持了信任权限可灵活分配的优点,同时完善了虚拟企业信任交互方案的安全性。 针对网络化制造环境下协同设计中同一文档的设计人员为多个的特殊情况,提出了两种适用于协同设计环境的数字签名方案,其一是高效安全的多重数字签名方案,适合多个设计人员共同签署一份设计文档的应用场景;其二是多签名者强指定验证者方案,适合于多个设计人员同时签名一份设计文档,并指定唯一的验证者验证签名有效性的应用场景。新方案为协同设计环境下设计文档的数字签名提供了有效的解决方案。 针对协同设计环境下设计文档在不安全网络中传输的机密性安全需求,提出了面向项目组的无证书广播加密方案,新方案基于设计人员身份和设计小组身份,提供项目小组级别的设计信息的广播加密和解密机制,采用无证书公钥密码技术,解决了基于身份的公钥密码中的密钥托管问题。新方案不需要公钥基础设施(PKI)支持,成本低,安全高效,适合中小型企业应用。 在信息安全理论研究的基础上,基于B/S模式与Spring框架,设计了一个协同设计文档管理平台。在系统的安全解决方案中首次将"PIATS"消隐数字签名方案使用在VRML模型中,实现了在不出示完整文档的情况下认证文档中的部分内容,解决了不可见性和完整性之间的矛盾。


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