無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全傳輸與認(rèn)證技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，車載傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在近些年內(nèi)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。然而，由于無(wú)線信道開(kāi)放的特性，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容易受到信息竊聽(tīng)、消息篡改、身份假冒等攻擊。因而，研究無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題至關(guān)重要。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化以及無(wú)線設(shè)備的能量、存儲(chǔ)及計(jì)算資源受限，傳統(tǒng)的安全方案不能直接適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。因此，設(shè)計(jì)安全、輕量級(jí)、可擴(kuò)展的技術(shù)方案已經(jīng)成為當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
　　本文的研究主要圍繞安全路由、廣播認(rèn)證

2、和位置驗(yàn)證三個(gè)方面展開(kāi)。首先，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多類攻擊，我們?cè)O(shè)計(jì)了安全的地理位置路由協(xié)議，為數(shù)據(jù)分組快速可靠到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的目的節(jié)點(diǎn)或者匯聚節(jié)點(diǎn)提供了保障。其次，針對(duì)車載傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于信標(biāo)消息的安全應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了高效、可擴(kuò)展的廣播認(rèn)證方案，確保信標(biāo)消息確實(shí)是被合法的車輛發(fā)送，并且在傳輸?shù)倪^(guò)程中沒(méi)有被修改。最后，針對(duì)基于地理位置服務(wù)的手機(jī)應(yīng)用，我們提出了安全驗(yàn)證用戶移動(dòng)軌跡的方案，它是第一個(gè)為持續(xù)的位置證明而設(shè)計(jì)的安全協(xié)議。我們就無(wú)線

3、網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題，給出了相應(yīng)的解決方案，希望此項(xiàng)研究能對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用提供安全性保護(hù)。本文的主要貢獻(xiàn)如下：
　　1.提出了一種基于節(jié)點(diǎn)的時(shí)間寬松同步的高效安全的路由協(xié)議。針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的女巫攻擊，蟲(chóng)洞攻擊，黑洞攻擊等惡意攻擊行為，我們基于節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，相關(guān)的密碼技術(shù)和無(wú)線信道的廣播特性，提出了新型高效安全的地理位置路由協(xié)議ESGR。該協(xié)議采用了地理信息捆綁技術(shù)和TESLA方案來(lái)抵抗女巫攻擊和蟲(chóng)洞攻擊。同時(shí)，該協(xié)議

4、設(shè)計(jì)了分布式的信任模型，并且在機(jī)會(huì)主義轉(zhuǎn)發(fā)策略中結(jié)合了該模型，來(lái)緩和由黑洞攻擊引起的網(wǎng)絡(luò)丟包行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在惡意的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，ESGR可維持超過(guò)85％的分組投遞率。
　　2.設(shè)計(jì)了一種基于接收信號(hào)強(qiáng)度的安全可擴(kuò)展的路由協(xié)議。為了解決更多類型的攻擊，我們利用物理層的接收信號(hào)強(qiáng)度提出了安全可擴(kuò)展的地理機(jī)會(huì)主義路由協(xié)議SGOR。該協(xié)議利用物理層的接收信號(hào)強(qiáng)度提出了分布式的位置認(rèn)證算法，來(lái)解決與位置相關(guān)的攻擊。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)了感知環(huán)

5、境的信任模型，并且在機(jī)會(huì)主義轉(zhuǎn)發(fā)策略中結(jié)合了該模型來(lái)抵御其他種類的攻擊。理論分析表明：SGOR在多種攻擊下具有高效性和穩(wěn)健性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與其他路由協(xié)議相比，SGOR的分組投遞率是它們的兩倍，并且由于控制開(kāi)銷較低而具有可擴(kuò)展性。
　　3.提出了抵抗計(jì)算型-拒絕式服務(wù)攻擊的新型消息認(rèn)證方案。在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，為了對(duì)基于周期性信標(biāo)消息的安全應(yīng)用提供安全性，現(xiàn)有的安全方案采用橢圓曲線數(shù)字簽名方案ECDSA。然而，該方案容易遭受計(jì)算型

6、-拒絕式服務(wù)攻擊。我們提出了新型的認(rèn)證方案VSPT，融合了ECDSA和基于預(yù)期的TESLA方案的優(yōu)點(diǎn)。一方面，盡管ECDSA計(jì)算開(kāi)銷大，我們利用它來(lái)提供認(rèn)證和不可否認(rèn)性。另一方面，通過(guò)讓發(fā)送車輛預(yù)期自己未來(lái)的信標(biāo)消息，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于預(yù)期的TESLA方案，以實(shí)現(xiàn)快速有效的認(rèn)證。仿真結(jié)果表明：與ECDSA和TESLA方案相比，VSPT在有損耗的環(huán)境和無(wú)損耗的環(huán)境中認(rèn)證效率都更高。
　　4.設(shè)計(jì)了適用于車輛和車輛通信的廣播認(rèn)證方案。對(duì)安

7、全的車輛和車輛的通信來(lái)說(shuō)，在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)一個(gè)廣播認(rèn)證方案是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。我們提出了高效的廣播認(rèn)證方案PBA，不僅抵抗計(jì)算型-拒絕式服務(wù)攻擊，并且抵抗由車輛高速移動(dòng)引起的網(wǎng)絡(luò)丟包影響。與之前大部分的認(rèn)證方案不同，PBA是一個(gè)高效輕量級(jí)的方案，因?yàn)樗饕腔趯?duì)稱密碼方案而設(shè)計(jì)的。同時(shí)，為了抵抗存儲(chǔ)型-拒絕式服務(wù)攻擊，PBA僅僅存儲(chǔ)更短的簽名，即采用消息認(rèn)證碼重新壓縮簽名，而沒(méi)有降低方案的安全性。我們理論證明了PBA方案的安

8、全性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在高密度的業(yè)務(wù)環(huán)境和有損耗的無(wú)線環(huán)境中，PBA以低存儲(chǔ)開(kāi)銷快速認(rèn)證99%的消息。
　　5.設(shè)計(jì)了安全驗(yàn)證用戶移動(dòng)軌跡的協(xié)議。很多基于位置的服務(wù)需要手機(jī)用戶持續(xù)地證明自己的位置。在缺乏安全機(jī)制的前提下，惡意用戶可能會(huì)對(duì)他們的位置說(shuō)謊來(lái)獲得這些服務(wù)。我們提出了持續(xù)認(rèn)證位置完整性和起源的協(xié)議CLIP。該協(xié)議利用了低功耗的加速儀以及輕量級(jí)的基于熵的承諾機(jī)制，來(lái)認(rèn)證用戶的移動(dòng)軌跡而不需要任何可信的硬件。同時(shí)，該協(xié)議保護(hù)用