組通信安全關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著Internet規(guī)模爆炸性的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了越來(lái)越多的復(fù)雜的新應(yīng)用，這些應(yīng)用要求網(wǎng)絡(luò)提供更豐富的功能。而伴隨著寬帶、無(wú)線、Web等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日漸成熟，就有可能設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)支持內(nèi)容分發(fā)、電信會(huì)議、媒體流、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、協(xié)同工作平臺(tái)等應(yīng)用的大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。這同時(shí)需要Internet具有組通信的能力，使得組通信成為最近幾年最熱門(mén)的研究方向之一。組通信技術(shù)也成為設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和操作依賴高效傳輸報(bào)文給多個(gè)目的地的下一代應(yīng)用和服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。 組通信技

2、術(shù)中的各個(gè)領(lǐng)域成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這些領(lǐng)域包括：組播路由，可靠組播，移動(dòng)組播，組通信安全等。本文主要研究的就是其中的組通信安全問(wèn)題。在組通信安全的主要研究方向中，組密鑰管理方案是最重要的。組密鑰管理方案與普通密鑰管理方案的最大區(qū)別是要保證向前和向后安全，同時(shí)還要保證方案的可擴(kuò)展性和效率。本文的研究重點(diǎn)集中于高效可擴(kuò)展的組密鑰管理方案。 針對(duì)組密鑰管理方案，本文的創(chuàng)新性研究工作可概括為以下幾個(gè)方面： 第一，提出了限高樹(shù)

3、結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議。 限高樹(shù)密鑰結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議是對(duì)密鑰圖方法樹(shù)狀結(jié)構(gòu)密鑰管理協(xié)議的全面擴(kuò)展。樹(shù)狀結(jié)構(gòu)密鑰管理協(xié)議是目前綜合上最好的方法，它性能優(yōu)越，而且不會(huì)減弱密鑰的安全性。無(wú)論是集中式的還是分布式的組密鑰管理協(xié)議，所有的優(yōu)秀的組密鑰管理協(xié)議都源自于樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)的思想。樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)唯一的弱點(diǎn)是存在結(jié)構(gòu)不平衡的問(wèn)題而影響到性能，這些協(xié)議都不能在不減弱性能的基礎(chǔ)上保證其結(jié)構(gòu)一直平衡。本文認(rèn)識(shí)到影響樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵不是結(jié)構(gòu)的

4、平衡性，而是樹(shù)的高度?；诖?，本文提出了限高樹(shù)結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議，協(xié)議通過(guò)限制樹(shù)的高度來(lái)避免性能不良的問(wèn)題，既提高了性能，又不會(huì)減弱組密鑰的安全性?；谙薷邩?shù)結(jié)構(gòu)的組密鑰管理協(xié)議既適用于集中式的協(xié)議，還能夠結(jié)合單向函數(shù)樹(shù)等方法擴(kuò)展為分布式的協(xié)議，是對(duì)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議的全面改進(jìn)。 第二，提出了鏈樹(shù)狀結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議。 集中式的鏈樹(shù)狀結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議結(jié)合了密鑰圖方法中的兩個(gè)重要結(jié)構(gòu)：樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)和星狀密鑰結(jié)構(gòu)的思想

5、。在成員加入操作上取得了星狀密鑰結(jié)構(gòu)O(1)的高效，在成員離開(kāi)操作上取得了樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)O(log(N))的高效，而且沒(méi)有這兩種密鑰結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)；同時(shí)沒(méi)有減弱任何安全性。鏈樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)還能夠擴(kuò)展為多叉鏈樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)從而取得更高的效率，其中3叉鏈樹(shù)狀密鑰結(jié)構(gòu)是性能最好的。綜合比較，鏈樹(shù)狀結(jié)構(gòu)組密鑰管理協(xié)議是目前最高效的集中式可擴(kuò)展組密鑰管理協(xié)議。 第三，提出了基于排隊(duì)論系統(tǒng)的組密鑰更新算法性能分析模型和兩個(gè)組密鑰管理協(xié)議間的轉(zhuǎn)換算法。

6、 對(duì)組密鑰管理協(xié)議的性能作進(jìn)一步研究。首先研究組密鑰周期批更新算法，它的出現(xiàn)解決了組密鑰方案的兩個(gè)重要缺陷：同步問(wèn)題和低效，但是對(duì)其性能一直沒(méi)有詳盡準(zhǔn)確的分析。本文在周期批更新組密鑰算法的性能分析中引入了排隊(duì)論思想建立了性能分析模型，第一次對(duì)其性能作出了精確分析。該模型不僅能夠用來(lái)分析周期批更新組密鑰算法，而且能夠分析單個(gè)更新的組密鑰算法。由于不同的環(huán)境對(duì)組密鑰管理協(xié)議的需求是不同的，不同的組密鑰管理協(xié)議適用于不同的環(huán)境。本文提