安全組播中的密鑰管理.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)安全以往的研究中誕生了多種針對(duì)單播通信的協(xié)議,它們使得消息以加密的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳播.然而組播保密通信卻被證明為是一件困難得多的工作.安全組播的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)是須在不可靠的網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)上維護(hù)群組通信的機(jī)密性.數(shù)據(jù)加密是實(shí)現(xiàn)安全組播的實(shí)際途徑,必須保證只有經(jīng)過(guò)認(rèn)證的用戶才能解密組播數(shù)據(jù),即使是IP分組被泄露到整個(gè)網(wǎng)絡(luò).在安全組播中,數(shù)據(jù)發(fā)送者用會(huì)話加密密鑰SEK來(lái)加密業(yè)務(wù),并且組內(nèi)每個(gè)成員都共享同樣的SEK用于解密數(shù)據(jù).SEK就是組密鑰,它由一

2、個(gè)稱為組控制者GC的可信賴實(shí)體發(fā)布.為了保證后向與前向機(jī)密性,在整個(gè)組播會(huì)話過(guò)程中,每當(dāng)有用戶加入或退出時(shí)GC都必須改變SEK的值.這一過(guò)程稱為密鑰更新(rekey),它保證了一個(gè)新加入的用戶無(wú)法訪問(wèn)之前的組播數(shù)據(jù),并且一個(gè)退出的用戶無(wú)法繼續(xù)解讀在它離開(kāi)之后組播的數(shù)據(jù).這就是密鑰管理問(wèn)題.該文提出,應(yīng)以通信開(kāi)銷、密鑰存儲(chǔ)量、抗沖擊性和計(jì)算復(fù)雜度作為設(shè)計(jì)密鑰發(fā)布算法時(shí)需考慮的四個(gè)要素.在一些簡(jiǎn)單且直接的密鑰管理對(duì)策中,GC與每一個(gè)成員共享

3、一個(gè)個(gè)人密鑰.每當(dāng)組成員關(guān)系發(fā)生變化時(shí),GC使用每一個(gè)合法用戶的個(gè)人密鑰來(lái)安全地發(fā)布新的組密鑰,從而實(shí)現(xiàn)添加或刪除一個(gè)成員.這類方案引發(fā)的是與組規(guī)模N成比例增長(zhǎng)的rekey通信開(kāi)銷,它們被統(tǒng)稱為平坦型方案.該文基于多項(xiàng)式展開(kāi)提出了一種新的平坦型密鑰發(fā)布算法,稱為PE,其特色在于不使用傳統(tǒng)的加密/解密操作.為與大規(guī)模組播相適配,需引入層次結(jié)構(gòu)來(lái)解決密鑰管理中的可擴(kuò)展性問(wèn)題,這種層次結(jié)構(gòu)可以是邏輯上的,也可以是物理上的.前者的典型代表是邏輯

4、密鑰層次LKH,它通過(guò)構(gòu)建一棵密鑰樹(shù)來(lái)進(jìn)行密鑰管理.通過(guò)對(duì)密鑰樹(shù)中額外的中介"密鑰加密密鑰"KEK加以利用,LKH獲得了O(1ogN)的通信開(kāi)銷.該文對(duì)密鑰樹(shù)的結(jié)構(gòu)加以研究,通過(guò)理論分析得出密鑰樹(shù)的最優(yōu)度是4.這個(gè)結(jié)果與之前公認(rèn)并被廣為引用的一則實(shí)驗(yàn)結(jié)論是一致的.該文提出的平坦型方案PE也被結(jié)合到LKH中,所提出的PE-LKH算法則是LKH的一種簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)方案.此外,通過(guò)利用單向函數(shù),該文亦將密鑰樹(shù)擴(kuò)展為一棵嵌套哈希樹(shù)NHT,該方案在保持

5、LKH可變結(jié)構(gòu)的同時(shí)降低了rekey的通信開(kāi)銷.解決大規(guī)模組播可擴(kuò)展性問(wèn)題的另一條技術(shù)路線是引入一套物理層次結(jié)構(gòu),這以Iolus協(xié)議框架為典型代表.它將一個(gè)大型群組劃分為很多個(gè)地理上的自治子組.在Iolus中不存在全局共享的SEK,一個(gè)新用戶通過(guò)加入特定的子組來(lái)加入到整個(gè)組通信中,它只獲得當(dāng)?shù)氐淖咏M密鑰.這項(xiàng)密鑰發(fā)布工作由特定的可信賴實(shí)體來(lái)完成,它們被稱為組安全代理GSA.從全組中刪除一個(gè)成員僅僅需要將其從所在子組刪除,其他的子組不受影

6、響,因而不需要rekey,從而緩解了可擴(kuò)展性問(wèn)題.在對(duì)Iolus模型的研究基礎(chǔ)上,該文提出了"安全組播基礎(chǔ)設(shè)施"SMI作為加密多對(duì)多組通信的一般性解決方案.該方案的主要出發(fā)點(diǎn)是增強(qiáng)的可擴(kuò)展性及可靠性.SMI在代理層子組執(zhí)行周期rekey,其優(yōu)點(diǎn)是不需要在GSA之間交換rekey報(bào)文.SMI在用戶層子組則執(zhí)行各自獨(dú)立的批次rekey,其密鑰更新間隔受限,并且子組之間互不影響.兩套rekey公式都基于單向函數(shù),其特色之一是對(duì)密鑰的版本管理.