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高效的安全群组通信系统与密钥协商协议研究

作　者: 张志军
导　师: 刘伟
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 安全群组通信访问控制组策略群组密钥协商 DMDH假设可证明安全性
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
引　用: 2次
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内容摘要

随着网络发展与分布式协作的广泛应用,安全群组通信已变得越来越重要。在能容忍的消息吞吐量与时延内,安全群组通信能够为分布式协作应用提供安全、不间断的通信服务。但随着网络与分布式应用日益发展,尽管对安全群组通信的系统结构与安全机制研究很多,尤其在当今更为复杂的网络环境下,目前安全群组通信系统的安全机制很难满足现代分布式应用的消息吞吐量与时延的要求。本文对安全群组通信及其关键技术进行了研究与设计,旨在将安全技术集成到可靠的群组通信系统中,为安全群组通信系统提供高效的通信、较大的吞吐量与较短的时延。本文主要内容、创新、贡献及意义如下:首先,本文研究从安全群组通信的系统结构的出发,分析当前安全群组通信系统数据吞吐量方面不足,提出一种基于C/S模式的安全群组通信方案。利用分布安全思想将安全技术集成于可靠的群组通信系统中。该方案支持组成员的动态加入或离开多个群组。与改进前的方案相比,该方案能有效提高安全群组通信系统的高效性。其次,对安全群组通信密钥协商协议进行重点研究与设计。为提高群组密钥协商高效性与可扩展性,提出基于m叉树与DH协议的组密钥协商协议。该方案通过采用m叉树结构与逐层式密钥协商有效降低树的高度,减少计算量与降低通信开销,更好地同时适用广域网与局域网环境。通过引入DMDH假设,从多线性映射簇中选择与之对应的多线性映射,进行群组密钥协商计算,进而提出更为安全高效的基于m叉树与DMDH假设的组密钥协商协议。最后,为了验证提出的安全群组通信系统结构及其关键技术的可行性,将通信安全层与经典可靠群组通信系统spread结合,实现了高效的安全群组通信系统。通过实验分析,与现有的方案系统相比,该系统在满足安全性要求的同时性能有很大提高。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 本文研究的主要内容  11-12
  1.4 论文的组织安排  12-13
第二章相关技术概述  13-27
  2.1 可靠的群组通信  13-15
    2.1.1 可靠的群组通信概念  13
    2.1.2 可靠的群组通信特征  13
    2.1.3 典型可靠的群组通信系统  13
    2.1.4 spread系统结构  13-15
  2.2 密钥协商相关数学运算  15-17
    2.2.1 素数与互素概念  15-16
    2.2.2 模运算  16
    2.2.3 离散对数运算  16
    2.2.4 群与有限域  16-17
  2.3 安全群组通信  17-24
    2.3.1 安全群组通信的设计原则  18-19
    2.3.2 加密算法  19
    2.3.3 密钥管理技术  19-22
    2.3.4 认证与访问控制技术  22-23
    2.3.5 secure spread分析  23-24
  2.4 OpenSSL概述  24-25
  2.5 Cliques Library概述  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章安全群组通信系统研究  27-39
  3.1 安全群组通信系统结构  27-30
  3.2 基于secure spread安全群组通信系统结构  30-32
  3.3 安全群组通信访问控制  32-34
    3.3.1 安全群组通信认证机制  32-33
    3.3.2 安全群组通信访问控制机制  33-34
  3.4 安全群组通信运行模式  34-37
  3.5 安全群组通信系统结构性能分析  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章高效的群组密钥协商协议  39-57
  4.1 基于m叉树与DH协议的组密钥协商协议  39-49
    4.1.1 m叉树结构  39-42
    4.1.2 Diffie-Hellman协议  42
    4.1.3 基于m叉树与DH协议的组密钥协商协议  42-45
    4.1.4 协议正确性证明  45-47
    4.1.5 协议安全性分析  47-48
    4.1.6 协议性能分析  48-49
  4.2 基于m叉树与DMDH假设的组密钥协商协议  49-56
    4.2.1 DMDH假设  49
    4.2.2 协议描述  49-53
    4.2.3 协议正确性证明  53-54
    4.2.4 协议安全性分析  54-55
    4.2.5 协议性能分析  55-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章原型系统实现与性能分析  57-69
  5.1 原型系统开发环境  57
  5.2 原型系统实现  57-65
    5.2.1 高效的安全群组通信系统框架实现  60-61
    5.2.2 高效的安全群组通信认证与访问控制实现  61-63
    5.2.3 高效的安全群组通信密钥协商协议实现  63-65
  5.3 原型系统性能分析  65-68
    5.3.1 高效的安全群组通信系统结构性能测试  65-66
    5.3.2 高效的安全群组通信密钥协商协议性能测试  66-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 本文总结  69-70
  6.2 对下一步工作的展望  70-71
参考文献  71-74
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  74-75
致谢  75

高效的安全群组通信系统与密钥协商协议研究

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