移動自組織網(wǎng)密鑰管理體系的研究.pdf

1、移動自組織網(wǎng)絡(luò)（MANFTs Mobile Ad hoc Networks）是由一組移動節(jié)點(diǎn)（MNMobile Node）構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，移動節(jié)點(diǎn)可以相互通信并且可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自由移動，一條路由可能由節(jié)點(diǎn)間多跳無線鏈路構(gòu)成，而無需基站的支持。每個移動節(jié)點(diǎn)既是通信終端同時又要充當(dāng)路山器。由于它不需要先期部署的基站等基礎(chǔ)設(shè)施的支持，不依賴于任何固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，能夠方便快捷地部署，是具有靈活的體系結(jié)構(gòu)，高度動態(tài)的無線網(wǎng)絡(luò)，可以為用戶提供便捷、自

2、由的通信服務(wù)，尤其是在應(yīng)急、救災(zāi)、野外作業(yè)和軍事等場合，這種通信方式的優(yōu)越性將是不可替代的。
　　 本論文以MANET網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理技術(shù)作為主要研究內(nèi)容。由于MANET網(wǎng)絡(luò)無中心、節(jié)點(diǎn)自由移動、動態(tài)拓?fù)洹⒐?jié)點(diǎn)能量有限等特性，使得MANET網(wǎng)絡(luò)的組密鑰管理技術(shù)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)迥然不同。本文將MANET網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋬?yōu)化以及組密鑰管理融合在一起，提出創(chuàng)新的基于底層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組密鑰管理體系。本文出底層拓?fù)渌惴ㄩ_始，沿著拓?fù)鋬?yōu)化、組密鑰管理算法、

3、組密鑰管理優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化與組密鑰管理結(jié)合、系統(tǒng)仿真的路線，進(jìn)行細(xì)致認(rèn)真的研究與理論分析；同時我們搭建出一個基于Windows平臺的NS-2環(huán)境的專門仿真系統(tǒng)，提供一個系統(tǒng)化仿真實(shí)驗(yàn)流程，對各種新的解決方案進(jìn)行綜合仿真分析，最終提出通信消耗較優(yōu)的、完整、可行、可靠的MANET網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)組密鑰管理算法。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　 1、綜述了組密鑰管理與協(xié)商技術(shù)的研究現(xiàn)狀：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)組密鑰管理體系結(jié)構(gòu)的不同，分為

4、集中式組密鑰管理、分布式組密鑰管理和分散式組密鑰管理?，F(xiàn)有的組密鑰管理方案，性能各不相同，其中通信開銷、計算開銷以及生成密鑰的時間開銷是主要的性能指標(biāo)。針對MANET網(wǎng)絡(luò)特殊的環(huán)境，研究者就組密鑰生成、更新、存儲以及一致性等問題提出了解決方案，這些方案各有特點(diǎn)，但都還沒有達(dá)到實(shí)用化的程度。MANET網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的計算能力各不相同，針對這一特性，本論文提出一種新的分御式組密鑰生成算法STC（最小時間算法），用于為MANET網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)初始化

5、一個共享的密鑰。仿真結(jié)果表明，STC將比已有算法縮短密鑰的生成時間。同時，我們提出了一種新的組密鑰更新協(xié)議，用于選擇新加入節(jié)點(diǎn)在密鑰樹中的位置，仿真結(jié)果表明按此協(xié)議進(jìn)行組密鑰更新將減少時間開銷。
　　 2、研究了MANET網(wǎng)絡(luò)虛擬骨干網(wǎng)分簇結(jié)構(gòu)在組密鑰管理體系中的應(yīng)用：分簇結(jié)構(gòu)是一種MANET網(wǎng)絡(luò)虛擬骨干網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點(diǎn)被分為骨干節(jié)點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)，骨干節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)路由的計算和維護(hù)，并協(xié)助葉子節(jié)點(diǎn)完成通信?？梢岳梅执亟Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，

6、提出適合MANET網(wǎng)絡(luò)的組密鑰管理方法。論文對MANET網(wǎng)絡(luò)的分簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，陳述了分簇結(jié)構(gòu)對于MANET網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化的意義，并且列舉了幾種經(jīng)典的形成分簇結(jié)構(gòu)的算法。證明基于虛擬骨干網(wǎng)分簇結(jié)構(gòu)的組密鑰管理體系將降低密鑰更新和分發(fā)的通信開銷，可擴(kuò)展性較好。為基于虛擬骨干網(wǎng)分簇結(jié)構(gòu)的組密鑰管理體系的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 3、研究并設(shè)計了基于MANET二層虛擬骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)的組密鑰管理體系：分析對比了各種組密鑰管理方式應(yīng)用于虛擬骨

7、干網(wǎng)的工作性能，設(shè)計了基于MANET二層虛擬骨干網(wǎng)的組密鑰管理體系和組密鑰管理的執(zhí)行過程，分析了組密鑰更新時網(wǎng)絡(luò)中密鑰的分發(fā)數(shù)量。相對不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和期望，各種組密鑰管理方式具有各自的優(yōu)點(diǎn)，在選取了一種已被廣泛應(yīng)用并且是行之有效的分布式和集中式相結(jié)合的組密鑰管理方式的基礎(chǔ)上，為了減少組密鑰更新時的通信開銷，論文對形成虛擬骨干網(wǎng)時節(jié)點(diǎn)的分布情況作了討論，從而提出了改進(jìn)虛擬骨干網(wǎng)分簇算法的思想，并且進(jìn)行了仿真證明。
　　 4、對基于

8、MANET三層虛擬骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)的組密鑰管理體系進(jìn)行了分析研究：提出了適用于MANET三層虛擬骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)的三級組密鑰管理框架，進(jìn)一步優(yōu)化了組密鑰生成時網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的通信代價。分析了適合于三級組密鑰管理框架的密鑰管理機(jī)制為：分布-集中-集中式，分布-分布-集中式。同時，給出了兩種機(jī)制可能的應(yīng)用趨勢。相同條件下，對兩級組密鑰管理與三級組密鑰管理在網(wǎng)絡(luò)動態(tài)環(huán)境下密鑰更新的通信代價進(jìn)行了比較，三級以犧牲高一級節(jié)點(diǎn)選舉的復(fù)雜算法獲取了良好的通信代價；