D2D通信的認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議研究.pdf

1、隨著移動通信的快速發(fā)展，作為 LTE網(wǎng)絡(luò)中的一種新型無線通信模式，終端直接通信（D2D）受到了運(yùn)營商和研究者的廣泛關(guān)注。憑借著能夠增加蜂窩系統(tǒng)的頻譜利用率、減輕蜂窩小區(qū)基站負(fù)荷、降低終端和基站發(fā)射功率以及提升系統(tǒng)整體性能等優(yōu)勢，終端直接通信有著巨大的發(fā)展前景。盡管對D2D通信的研究正在進(jìn)行，但目前對其安全方面的研究還關(guān)注不夠。為確保D2D通信的保密性和完整性，用戶設(shè)備間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行雙向認(rèn)證并協(xié)商出會話密鑰。針對此問題部分學(xué)者從物理層安全的角

2、度開展了研究工作，這種思路更適用于無網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境，且存在無法認(rèn)證通信主體身份和計算復(fù)雜的問題。本文從應(yīng)用層的角度對蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的D2D通信的認(rèn)證和密鑰協(xié)商機(jī)制進(jìn)行了深入研究，結(jié)合D2D通信的流程給出了一對一通信和一對多通信場景下的相關(guān)方案，所取得的主要研究成果如下：
　　1.對D2D一對一通信的認(rèn)證與密鑰協(xié)商機(jī)制進(jìn)行了研究。論文中結(jié)合D2D一對一通信的實(shí)際過程，提出了一種認(rèn)證和密鑰協(xié)商方案。該方案在設(shè)備的注冊階段，終端設(shè)備

3、和鄰近服務(wù)功能模塊首先通過3GPP的通用認(rèn)證架構(gòu) GAA的 GBA過程生成預(yù)共享主會話密鑰，然后利用此主密鑰完成D2D應(yīng)用的注冊、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和密鑰協(xié)商流程。經(jīng)分析表明，該方案利用GAA在D2D一對一通信的基礎(chǔ)上完成了兩個設(shè)備的認(rèn)證和密鑰協(xié)商，安全上保證了數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性、能抗重放攻擊，從而確保雙方通信的安全。性能上與未采用安全通信的普通D2D通信的流程相比，在通信量和計算量上有所增加，但是仍然具有較好的可用性。
　　2.對D2D

4、一對多通信的密鑰協(xié)商機(jī)制進(jìn)行了研究。在D2D一對多通信的媒體業(yè)務(wù)中，為了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的安全，發(fā)起設(shè)備與其他多個設(shè)備需要共享一個會話密鑰。論文提出了一種適用于D2D一對多通信的認(rèn)證密鑰協(xié)商方案。該方案中鄰近服務(wù)功能模塊分別與群組中各終端設(shè)備通過通用認(rèn)證架構(gòu)GAA生成預(yù)共享密鑰，并通過廣播向群組設(shè)備分發(fā)計算群組主密鑰所需的必要信息。利用上述信息，D2D通信設(shè)備可獨(dú)立計算出安全的媒體業(yè)務(wù)所需的群組主密鑰，發(fā)起設(shè)備再生成一個用于一對多會話的群組會