單源P2P組播的系統(tǒng)安全研究.pdf

1、IP組播由于其路由維護(hù)復(fù)雜性高，安全性、可靠性無(wú)法得到保證等多種原因，一直無(wú)法得到廣泛部署。也因此推動(dòng)了方便部署的應(yīng)用層組播系統(tǒng)研究的迅速發(fā)展。目前，以網(wǎng)絡(luò)電視等應(yīng)用為代表的大量商用系統(tǒng)已經(jīng)部署運(yùn)營(yíng)多年，用戶數(shù)也早已過(guò)千萬(wàn)。但P2P 系統(tǒng)和組播系統(tǒng)固有的安全缺陷并沒(méi)有解決，2007年，一個(gè)針對(duì)實(shí)際商用P2P組播系統(tǒng)的攻擊實(shí)驗(yàn)（近80％的用戶在很短的時(shí)間內(nèi)就受到污染）直接說(shuō)明系統(tǒng)安全的脆弱性。直到今天，P2P組播系統(tǒng)的安全防護(hù)還沒(méi)有得到有

2、效解決，商用系統(tǒng)一般采用臨時(shí)性措施（如協(xié)議加密，客戶端防破解等）來(lái)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)安全威脅。
　　 在分析IP組播和應(yīng)用層組播（包括P2P組播）的系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)針對(duì)應(yīng)用層組播的系統(tǒng)攻擊進(jìn)行了歸納和總結(jié)，提出目前應(yīng)用層組播系統(tǒng)的主要安全威脅是內(nèi)容污染攻擊。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的P2P組播仿真系統(tǒng)上，對(duì)內(nèi)容污染攻擊進(jìn)行了詳細(xì)監(jiān)控和分析，兩類攻擊（簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)污染和主動(dòng)污染攻擊）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明其系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)是巨大的。
　　 提出基于“可

3、信轉(zhuǎn)發(fā)”的CDMS（Credible Data-driver Multicast Security）模型。即時(shí)識(shí)別惡意組播報(bào)文和即時(shí)定位惡意節(jié)點(diǎn)是防護(hù)內(nèi)容污染攻擊的兩個(gè)難題。CDMS模型首先假設(shè)惡意組播報(bào)文可以被即時(shí)發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)在報(bào)文安全性得到驗(yàn)證后才轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文，因此組播系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都承擔(dān)了相當(dāng)于IP組播中網(wǎng)絡(luò)邊緣接入路由器的安全審查功能，從而可以有效地降低內(nèi)容污染攻擊的擴(kuò)大。通過(guò)“規(guī)范”節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)行為，也可以有效判斷惡意節(jié)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合

4、P2P組播節(jié)點(diǎn)自主性極強(qiáng)的安全路由選擇控制，就可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)、低代價(jià)的對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)的隔離。
　　 提出基于樹(shù)鏈混合機(jī)制的兩種簽名分擔(dān)新算法（STC算法和EMTC算法）。驗(yàn)證實(shí)時(shí)性和不可抵賴性是P2P組播實(shí)現(xiàn)可信轉(zhuǎn)發(fā)的突出要求，兩種算法都基于簽名認(rèn)證，保證了不可抵賴性；STC算法有少量的接收端驗(yàn)證延遲，EMTC算法在丟包環(huán)境下沒(méi)有接收端驗(yàn)證延遲，報(bào)文亂序環(huán)境下的平均延遲也很低。分析計(jì)算、仿真、與其他系統(tǒng)的性能比較等也證明新機(jī)制的驗(yàn)證有

5、效性——比較其他多鏈方案中報(bào)文攜帶n個(gè)Hash只能直接驗(yàn)證n個(gè)報(bào)文，樹(shù)鏈混合機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)2(n-1)個(gè)報(bào)文的直接驗(yàn)證。在大量仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上EMTC算法獲得的最優(yōu)跨距組合已逼近分析計(jì)算出的最優(yōu)值。
　　 采用三重主動(dòng)機(jī)制保證簽名報(bào)文的傳輸。簽名報(bào)文可靠、及時(shí)發(fā)布傳輸?shù)匠蓡T節(jié)點(diǎn)是簽名分擔(dān)認(rèn)證算法的安全基礎(chǔ)，三重主動(dòng)機(jī)制包括基于Gossip的主動(dòng)推送機(jī)制、簽名報(bào)文的優(yōu)先調(diào)度請(qǐng)求機(jī)制和防范攻擊的二次冗余主動(dòng)調(diào)度機(jī)制，保證了簽名報(bào)文的發(fā)

6、放。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該機(jī)制的有效性。
　　 提出概率認(rèn)證預(yù)警機(jī)制，可進(jìn)一步降低系統(tǒng)的安全開(kāi)銷。在系統(tǒng)未受到攻擊時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)的所有報(bào)文都進(jìn)行安全轉(zhuǎn)發(fā)的開(kāi)銷很大，通過(guò)概率隨機(jī)選擇安全哨兵，執(zhí)行可信認(rèn)證檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)攻擊后立即向來(lái)源節(jié)點(diǎn)發(fā)出安全提醒，以幫助其他節(jié)點(diǎn)及時(shí)脫離攻擊。在分析該機(jī)制可能的安全漏洞的基礎(chǔ)上，提出無(wú)責(zé)任轉(zhuǎn)發(fā)、安全提醒回送和安全數(shù)據(jù)回應(yīng)完善概率認(rèn)證預(yù)警機(jī)制。雖然概率認(rèn)證機(jī)制無(wú)法完全確認(rèn)惡意節(jié)點(diǎn)，但是可以防止惡意節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一