抗污染攻击的安全网络编码算法研究

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网络编码技术允许网络中的节点参与编译码处理,利用中间节点对数据进行编码和压缩处理,可以使多播网络的信息传输容量达到最大流最小割的理论上界,从而提高网络吞吐量,改善信道负载均衡。然而,现实网络环境中的安全性问题严重制约着网络编码技术的应用与发展。由于中间节点参与数据编译码操作,攻击者只需篡改少量数据包的内容产生污染数据包,就可能污染到整个网络的所有合法数据包,导致目的节点不能译码得到正确的原始消息。所以研究安全网络编码技术是网络编码能够运用到现实网络中的前提和保证。本文主要以安全网络编码研究为核心,详细介绍了网络编码技术的研究背景和优势、污染攻击的特点以及安全网络编码研究现状和典型传输方案。在此基础上提出两种抗污染攻击的安全网络编码传输方案,从而提高网络的安全性和改善网络吞吐量等。论文完成的具体工作如下:第一,针对ASNC方案中中间节点对收到所有编码包进行验证浪费网络资源和目的节点解码速率慢等问题进行研究,提出一种高效自适应的抗污染攻击网络编码传输方案-EANC。EANC方案在数据分组编码阶段,利用网络编码的时间和空间特性构造的线性子空间签名方案准确的验证数据分组是否合法从而有效控制污染数据分组的传播,并且使中间节点调整验证步骤使之自适应与当前网络的污染程度,从而提高验证效率;在目的节点解码阶段,EANC方案利用目的节点重传恢复机制降低解码恢复时延。理论分析和仿真结果表明,EANC方案能够减少网络编码的签名长度并且降低目的节点解码恢复的平均时延。第二,针对KEPTE方案中会遭到攻击者的代间污染攻击、签名验证效率低和秘钥分发过程浪费网络带宽等问题,提出一种基于标签签名的安全网络编码传输方案-TESNC。TESNC方案在签名阶段,利用代标识符来区分不同数据代,而且参与签名过程,增强签名的安全性;并提出效验值验证,节点在验证编码包合法性过程中,先验证效验值的正确性,只有效验值正确才对签名进行验证,否则直接丢弃。提高节点验证编码包的合法性的验证效率。以及将秘钥分发过程交由源节点进行,在网络初始化阶段,源节点将秘钥分发给中间节点,减少了网络系统开销。理论分析和仿真结果表明,TESNC方案与KEPTE方案、HMNC方案相比,能提高平均端到端时延、验证成功率。最后,对全文进行总结,并给出了安全网络编码传输方案的进一步研究工作方向。
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