基于零向量的抗污染攻擊的高效網(wǎng)絡(luò)編碼方案研究與設(shè)計.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼允許結(jié)點對數(shù)據(jù)包進行編碼操作。相較于傳統(tǒng)存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制,網(wǎng)絡(luò)編碼在吞吐量、數(shù)據(jù)機密性、數(shù)據(jù)流的不可追蹤性、魯棒性等方面有顯著優(yōu)勢。因此該思想引起了學界的廣泛關(guān)注。雖然引入網(wǎng)絡(luò)編碼能帶來很多好處,但如果網(wǎng)絡(luò)中有惡意結(jié)點發(fā)起污染攻擊,那么,整個系統(tǒng)的各方面性能將會大大下降。Kehdi等人提出了基于零向量的方案。該方案能很好地抵抗污染攻擊,而且還有諸如分布式特性好、檢測計算開銷小、系統(tǒng)簡單易實現(xiàn)等優(yōu)點。然而,該零向量方案中,如果惡意結(jié)點

2、獲得了源結(jié)點分發(fā)的零向量所構(gòu)成的零向量空間,那么它們就可以輕易攻破整個系統(tǒng),亦即方案的安全性較低。
　　本文針對上述問題,提出了全零向量空間的概念。該空間的特點是,沒有污染包能通過它的檢測。如果在上述基于零向量的方案中,源結(jié)點分發(fā)的零向量空間能構(gòu)成全零向量空間,那么就可以有效提高方案的安全性。但這會給系統(tǒng)帶來很大的開銷。為了減少零向量帶來的開銷,我們推廣了零向量的概念,提出了部分位置檢測的思想,構(gòu)造了長度比原來的零向量短的零向量。

3、我們證明短零向量存在全零向量空間,并且證明在構(gòu)成全零向量空間時,相比于原來的零向量,短零向量帶來的開銷會減少。隨后,我們在前面的研究基礎(chǔ)上給出了短的零向量存在全零向量空間的充分條件。接著,設(shè)計了基于短零向量的抗污染攻擊網(wǎng)絡(luò)編碼方案,并通過嚴格的證明分析了方案的安全性,通過數(shù)值分析綜合考慮方案的各種性能,確定了該方案中各個參數(shù)的取值。在這些參數(shù)設(shè)定下,短零向量方案的安全性高且計算開銷、通信開銷小,是一種高效的抗污染攻擊網(wǎng)絡(luò)編碼方案。由于短

4、零向量之間的檢測位置不一定相同,使得在上述方案中源結(jié)點只能以逐個秘密分發(fā)的方式向網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點分發(fā)短零向量。這在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大或動態(tài)性很強時會大大增加源結(jié)點的負載,影響方案的分布式性能。為了解決該問題,我們構(gòu)造了壓縮短零向量,使零向量仍能以網(wǎng)絡(luò)編碼的形式傳播。在此基礎(chǔ)上,我們對壓縮短零向量進行了優(yōu)化,構(gòu)造了新型壓縮短零向量。我們證明壓縮短零向量和新型壓縮短零向量都存在全零向量空間,并且證明在構(gòu)成全零向量空間時,相比于原來的零向量,這兩種零

5、向量帶來的開銷都會減少。然后,設(shè)計了基于新型壓縮短零向量的方案。在該方案中,新型壓縮短零向量以網(wǎng)絡(luò)編碼的形式傳播。這使該方案保持了原有方案的分布式性能,解決了短零向量方案分布式性能差的問題。接著,我們通過嚴格的證明分析了新型壓縮短零向量方案的安全性,證明當參數(shù)取值滿足一定條件時,該方案的計算開銷、通信開銷、安全性都會優(yōu)于原零向量方案。最后,我們通過實驗數(shù)據(jù)說明該方案相對于同態(tài)哈希方案和原有的零向量方案的優(yōu)勢,是一種高效的抗污染攻擊網(wǎng)絡(luò)編