一个对等实体的动态群密钥协商协议

摘要

随着网络技术的飞速发展,在开放网络环境中出现了越来越多的基于群通信的分布式协作应用,为了保证这些应用系统的安全,需要建立安全群通信系统以提供通信中的数据保密性、数据完整性等安全服务. 群密钥协商是建立安全群通信的核心和关键.它允许多个参与方通过敌方可控制的、不安全的网络相互交换信息、认证对方身份以及协商共用的会话密钥,协商的密钥可以用于今后各参与方间的秘密通讯,为随后的各种安全服务奠定基础. 成员对等对于动态群密钥协商协议至关重要,它可以保证协商结果的公平性,避免由于特殊成员的存在而导致的安全瓶颈,无需可信第三方的存在,增强协议的鲁棒性,而高效则可以让协议适用于大规模的分布式协作应用中,但目前很多协议并没有很好的同时满足这些要求.本文设计了一个基于身份的签名方案和一个签密方案,并籍此提出一个对等实体的动态群密钥协商协议.在该协议中,参与协商的所有成员均处于平等地位.此外,经过分析比较,该协议满足动态群密钥协商协议所需的安全属性,可以有效抵抗已知密钥攻击和重放攻击,其效率与高效的Kim协议相当. 最后,本文研究了Spread通信系统和Miracl大数运算库,并在此基础上,设计实现了所提出的群密钥协商协议,进而在局域网中对协议做了模拟实验,考虑实际环境中各种干扰因素的影响,实验结果与理论上对协议的效率分析基本吻合,证明了本文所提出的协议是高效的,适用于开放的网络环境中.

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1研究背景、目的及意义

1.2国内外研究现状及不足

1.3本文所作的主要工作

1.4论文结构

第二章动态群密钥协商协议概述

2.1网络安全简介

2.1.1安全攻击

2.1.2安全机制

2.1.3安全服务

2.2动态群密钥协商协议简介

2.3动态群密钥协商协议的分类

2.4动态群密钥协商的安全威胁

2.5动态群密钥协商协议的安全属性

2.6本章小结

第三章相关数学理论及常用密码技术

3.1相关的数学理论

3.1.1椭圆曲线的相关概念

3.1.2双线性映射

3.1.3协议基于的几个困难问题

3.2协议涉及的密码学技术

3.2.1基于身份的密码体制

3.2.2单向散列函数

3.2.3椭圆曲线密钥交换

3.2.4签密技术

3.3本章小结

第四章对等实体的动态群密钥协商协议

4.1Kim协议和Ratna协议

4.1.1 Kim协议

4.1.2 Ratna协议

4.2符号说明及相关约定

4.3数字签名方案

4.4群密钥协商

4.4.1协商

4.4.2密钥计算

4.5成员加入群

4.5.1协商

4.5.2密钥计算

4.6成员离开群

4.6.1协商

4.6.2密钥计算

4.7协议安全性和效率分析

4.7.1协议安全性分析

4.7.2效率分析

4.7本章小结

第五章对等实体动态群密钥协商协议的设计与实现

5.1协议开发平台简介

5.1.1 Spread通信系统

5.1.2 Miracl大数运算库

5.2主要数据结构定义和模块实现

5.2.1主要常量和数据结构定义

5.2.2主要模块设计与实现

5.3协议实现的整体框架和具体模块流程

5.3.1协议实现的整体框架

5.3.2具体模块的流程

5.4模拟实验及分析

5.4.1 Spread系统和Miracl库实验结果

5.4.2静态密钥协商实验结果

5.4.3成员加入密钥协商实验结果

5.4.4成员离开密钥协商实验结果

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文总结

6.2下步工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文