高效的網(wǎng)絡(luò)編碼容錯(cuò)與安全機(jī)制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼作為一種新的數(shù)據(jù)傳輸方式，與傳統(tǒng)路由相比已被證實(shí)能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、改善負(fù)載均衡、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性、能以較小的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)及擁有潛在的安全優(yōu)勢(shì)等。正是由于網(wǎng)絡(luò)編碼所具有的這些特性，使得其受到越來(lái)越多研究團(tuán)體的關(guān)注。
　　 本文針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼研究方案在吞吐量、解碼復(fù)雜度、能耗等系統(tǒng)性能及竊聽(tīng)攻擊、差錯(cuò)控制、節(jié)點(diǎn)自私性等安全容錯(cuò)性方面存在的突出問(wèn)題，以性能保持為基礎(chǔ)，結(jié)合信息論與博弈論解決網(wǎng)絡(luò)編碼中的容錯(cuò)與安

2、全性問(wèn)題。
　　 本文的主要研究成果包括如下幾個(gè)方面：
　　 1)提出結(jié)合激勵(lì)融合機(jī)制的安全網(wǎng)絡(luò)編碼方案，該方案運(yùn)用博弈理論解決了基于網(wǎng)絡(luò)編碼環(huán)境下節(jié)點(diǎn)的自私性問(wèn)題并能夠有效預(yù)防節(jié)點(diǎn)的共謀私利攻擊；同時(shí)，通過(guò)運(yùn)用相應(yīng)的編/解碼理論和在源節(jié)點(diǎn)處加入有限的冗余包，從宏觀角度解決了網(wǎng)絡(luò)編碼中有限的污染和丟包攻擊問(wèn)題；再者，通過(guò)整合多路徑路由和優(yōu)化的編碼包分配算法降低了數(shù)據(jù)被攻擊者重構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全與性能良好的平衡；

3、最后，相關(guān)仿真數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和安全分析證實(shí)了上述理論分析結(jié)果的正確性。
　　 2)提出壓縮的網(wǎng)絡(luò)編碼錯(cuò)誤與擦除糾錯(cuò)方案，通過(guò)在目的節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)高效的檢測(cè)與刪除線性相關(guān)包算法，顯著地降低了目的節(jié)點(diǎn)解碼端的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)；在解碼過(guò)程中將目的節(jié)點(diǎn)接收矩陣Y簡(jiǎn)化為Ek(Y)形式而不是E(Y)，降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)處硬件執(zhí)行能力的要求；當(dāng)至多只有r個(gè)源包進(jìn)行了線性組合操作時(shí)，構(gòu)造了一個(gè)編碼向量壓縮碼，在保證目的節(jié)點(diǎn)正確解碼的基礎(chǔ)上(即解決錯(cuò)誤與擦除問(wèn)題)將數(shù)

4、據(jù)包的有效載荷從M-k提高到M-D(rlogqk)，并且并沒(méi)有因?yàn)閴嚎s碼的引入而增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的解碼復(fù)雜度；最后，數(shù)字結(jié)果和相關(guān)分析進(jìn)一步證實(shí)了本方案所具有的安全與性能優(yōu)勢(shì)。
　　 3)提出抗惡意攻擊者的秘密與可靠網(wǎng)絡(luò)編碼方案，解決了基于網(wǎng)絡(luò)編碼網(wǎng)絡(luò)在遭受z個(gè)污染包、μ個(gè)竊聽(tīng)攻擊和ρ個(gè)包擦除情況下數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿孛芘c可靠性問(wèn)題；在保證傳輸信息能被目的節(jié)點(diǎn)正確解碼并且信息理論安全于攻擊者情況下，當(dāng)滿(mǎn)足2z+ρ+μ

5、條件時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)能完成最大k-μ-z-ρ(該類(lèi)環(huán)境下理論上數(shù)據(jù)傳輸率的上限)的數(shù)據(jù)傳輸率，并且不需要要求數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度達(dá)到無(wú)限大；最后，數(shù)字結(jié)果和安全分析證實(shí)了本方案的相關(guān)特性。
　　 4)提出秘密與可靠的非相干多源網(wǎng)絡(luò)編碼方案，解決了多源網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)編碼面臨的z個(gè)污染包、μ個(gè)竊聽(tīng)攻擊和ρ個(gè)包擦除問(wèn)題；在保證目的節(jié)點(diǎn)能夠正確并且秘密解碼的基礎(chǔ)上，完成了接近于k-2z-ρ-3μ的數(shù)據(jù)傳輸率，與單源的場(chǎng)景相類(lèi)似，本研究方案也沒(méi)有要求數(shù)