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Wimax安全组播密钥管理方案研究

作　者: 岳良
导　师: 鲁蔚锋
学　校: 南京邮电大学
专　业: 信息安全
关键词: Wimax 多播广播业务组播密钥管理安全周期密钥更新
分类号: TN918.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
引　用: 0次
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内容摘要

Wimax技术作为3G标准之一,可以实现远距离传输、高传输速率并支持移动性,近年来受到通信业内的极大关注。在传统的组播业务基础上,802.16e标准中明确定义了对多播/广播业务(MBS)的支持,MBS业务能更好地适用于移动网络中的多媒体业务,虽然标准中定义了针对组密钥更新的算法MBRA,但是MBRA算法本身存在的局限性却有可能阻碍MBS业务的进一步发展。本文首先阐述了Wimax组播服务的相关理论基础知识,对已有的经典Wimax组播密钥管理方案进行了对比分析,总结出了目前需要解决的安全和效率问题。针对已有方案中会话密钥遭伪造、密钥更新时通信开销较大等缺陷,本文在LORE协议(linear ordering of receivers)的基础上结合了“散列加盐技术”,设计了一种新的Wimax安全组播密钥管理方案SGMBL(A Secure Group Key Management Scheme Based On LORE For Wimax)来解决已有问题。该方案允许在组内有用户离开时仍然使用组播消息更新密钥材料,并且不引入任何前向保密和后向保密问题,最后证明了方案的安全性,仿真结果也显示出相较已有方案其在通信开销上有明显优势。为了适应大型Wimax组中成员频繁进出的情景,本文在“多重秘密共享”和“秘密组播机制”的基础上,另外设计了一种新的适合于周期密钥更新策略的Wimax安全组播密钥管理方案SGMBM(A Secure Group Key Management Scheme Based On Multiple Secret Sharing For Wimax)。该方案能够明显减小密钥材料的浪费,降低组内通信开销次数,最后证明了方案的安全性,仿真结果也显示出相较已有方案其在通信开销上有明显优势。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 国内外目前研究现状  10-11
  1.3 论文主要工作  11
  1.4 论文内容安排  11-13
第二章 Wimax 组播密钥管理  13-32
  2.1 引言  13
  2.2 Wimax 网络拓扑结构  13-14
  2.3 Wimax 协议栈功能介绍  14-15
  2.4 MBS 业务介绍  15-18
    2.4.1 MBS 安全联盟  15-16
    2.4.2 MBS 密钥管理  16
    2.4.3 MBS 接入方式  16-17
    2.4.4 MBS 的建立  17-18
  2.5 MBRA 算法  18-23
    2.5.1 MBRA 流程  19-20
    2.5.2 GKEK 的加密  20-21
    2.5.3 MBRA 的安全性问题  21-23
  2.6 Wimax 组播密钥管理方案  23-31
    2.6.1 LKH 密钥管理方案  23-25
    2.6.2 ELAPSE 密钥管理方案.  25-28
    2.6.3 利用哈希链构造会话密钥  28-30
    2.6.4 已有方案综合比较和分析  30-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章 SGMBL 方案  32-47
  3.1 引言  32
  3.2 散列加盐技术  32-34
  3.3 SGMBL 方案  34-40
    3.3.1 会话密钥链的初始化  34-35
    3.3.2 管理密钥初始化  35-38
    3.3.3 组播树的初始化阶段  38
    3.3.4 成员加入组时的密钥更新  38-39
    3.3.5 成员离开组时的密钥更新  39-40
  3.4 成员离开时的开销分析  40
  3.5 SGMBL 方案的安全分析  40-41
  3.6 SGMBL 方案的性能分析  41-46
    3.6.1 密钥存储量分析  41-43
    3.6.2 密钥更新量分析  43
    3.6.3 control keys 的存储和计算量分析  43-44
    3.6.4 能量消耗分析  44-45
    3.6.5 同谋破解成功的概率  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章 SGMBM 方案  47-66
  4.1 引言  47
  4.2 秘密组播机制介绍  47-52
    4.2.1 门限方案  47-49
    4.2.2 多重秘密共享方案  49-50
    4.2.3 满足前向保密的秘密组播机制  50-52
  4.3 周期密钥与批量密钥更新策略  52-54
  4.4 SGMBM 方案  54-59
    4.4.1 BS 前期准备阶段  54-56
    4.4.2 组播树的初始化阶段  56-57
    4.4.3 组中有新成员加入  57-58
    4.4.4 组中成员离开  58-59
    4.4.5 组中存在用户加入和离开两种行为  59
    4.4.6 没有成员变化行为的组的操作  59
  4.5 SGMBM 方案的安全分析  59-60
  4.6 SGMBM 方案的性能分析  60-64
    4.6.1 密钥存储量分析  60-62
    4.6.2 密钥更新量分析  62-63
    4.6.3 control keys 的存储和计算量分析  63
    4.6.4 能量消耗分析  63-64
    4.6.5 同谋破解成功的概率  64
  4.7 SGMBM 方案与SGMBL 的优劣分析  64-65
  4.8 本章小结  65-66
第五章总结与展望  66-68
  5.1 论文工作总结  66-67
  5.2 论文工作展望  67-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69-70
参考文献  70-72

Wimax安全组播密钥管理方案研究

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