普適計(jì)算中的安全問(wèn)題研究.pdf

1、移動(dòng)計(jì)算和分布式計(jì)算的發(fā)展，促進(jìn)和加快了普適計(jì)算模式的出現(xiàn)和發(fā)展。在普適計(jì)算模式下，計(jì)算設(shè)備和傳感器節(jié)點(diǎn)等設(shè)備與環(huán)境無(wú)縫集成，提供隨時(shí)隨地的智能服務(wù)。因?yàn)槠者m計(jì)算涉及到商業(yè)領(lǐng)域、基礎(chǔ)設(shè)施和個(gè)人利益，相關(guān)的安全攻擊可能利用網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議和密碼算法等的漏洞形成威脅，所以對(duì)普適計(jì)算中的安全研究至關(guān)重要。為了保證普適計(jì)算環(huán)境的安全，需要提供信息保密性、數(shù)據(jù)完整性和可用性等安全服務(wù)。密碼學(xué)作為信息安全的重要技術(shù)，能有效保障信息的機(jī)密性和完整性等，是信

2、息安全的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，而基于現(xiàn)代密碼學(xué)的安全協(xié)議則是解決普適計(jì)算安全問(wèn)題的根本出路。 因此，本文的研究重點(diǎn)是對(duì)普適計(jì)算的特點(diǎn)和安全需求進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上提出和設(shè)計(jì)一系列的密碼學(xué)原語(yǔ)，通過(guò)安全工程的方法，明確安全威脅、攻擊方式和安全目標(biāo)，構(gòu)建安全模型，細(xì)化安全系統(tǒng)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)安全設(shè)計(jì)的方法，從而為普適計(jì)算環(huán)境提供安全性保障。本文的主要研究成果如下： 1．設(shè)計(jì)適合普適計(jì)算環(huán)境的高效率密碼算法，并應(yīng)用到實(shí)際計(jì)算環(huán)境中。本文提

3、出了一種批處理解密算法，并在SSL/TLS協(xié)議服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)了該算法。SSL/TLS握手協(xié)議是為web提供完整性和保密性等安全服務(wù)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議使用RSA等公鑰密碼算法進(jìn)行密鑰協(xié)商。通常，由于采用的公鑰算法需要進(jìn)行模乘運(yùn)算，因此計(jì)算復(fù)雜度較高。而且，在實(shí)現(xiàn)SSL/TLS協(xié)議時(shí)，服務(wù)器公鑰一般較短，而私鑰較長(zhǎng)，造成客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器密碼運(yùn)算的不平衡，客戶(hù)機(jī)的加密運(yùn)算較容易，而服務(wù)器的解密運(yùn)算相對(duì)復(fù)雜。因此，如果一定時(shí)間內(nèi)向服務(wù)器提出的請(qǐng)求過(guò)多

4、，容易造成服務(wù)器的阻塞，影響系統(tǒng)的可用性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文針對(duì)RSA等同構(gòu)公鑰密碼體制的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了批處理解密算法，并予以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該算法可以較大地改善服務(wù)器的性能，提高系統(tǒng)的吞吐率。 2．提出滿(mǎn)足普適計(jì)算設(shè)備計(jì)算和通信能力的密碼體制和通訊協(xié)議，提高系統(tǒng)的可用性。在普適計(jì)算環(huán)境中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用非常普遍。本文針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)安全的需求，設(shè)計(jì)了輕量級(jí)的CBC-X模式的對(duì)稱(chēng)加/解密算法，提出了基于該算法的鏈路層

5、安全機(jī)制，鏈路層提供消息加/解密和完整性服務(wù)。為了減小計(jì)算和通信開(kāi)銷(xiāo)，本文首先實(shí)現(xiàn)該算法可以一次完成加/解密和認(rèn)證計(jì)算，從而節(jié)省50％的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)。為了節(jié)省通訊開(kāi)銷(xiāo)，本文為該機(jī)制設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)填充機(jī)制，消息加密后沒(méi)有密文擴(kuò)張現(xiàn)象。測(cè)算實(shí)際傳感器節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)的算法結(jié)果表明，與TinySec相比，算法節(jié)省了50％的密碼計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)和58％通訊開(kāi)銷(xiāo)。 3．分析普適計(jì)算環(huán)境中的約束條件，選擇適宜的密碼體制，構(gòu)造合適的認(rèn)證協(xié)議。針對(duì)沒(méi)有在線(xiàn)可信第三方

6、實(shí)現(xiàn)認(rèn)證的問(wèn)題，本文提出了相應(yīng)的認(rèn)證協(xié)議。普適計(jì)算是一個(gè)分布式的跨域環(huán)境，設(shè)備認(rèn)證和消息認(rèn)證是安全的基本需求和目標(biāo)。然而，由于普適計(jì)算固有的資源限制，設(shè)計(jì)一個(gè)適合的認(rèn)證協(xié)議并不容易。本文提出的協(xié)議實(shí)現(xiàn)認(rèn)證的同時(shí)，為服務(wù)提供者和服務(wù)使用者提供了加密的安全信道。認(rèn)證協(xié)議可以建立在任何安全的對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)密碼體制上。為了提高實(shí)用性，本文對(duì)協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了支付功能。 4．根據(jù)普適計(jì)算環(huán)境對(duì)信任管理的要求，結(jié)合可信計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分布式