防污染和防竊聽的網(wǎng)絡(luò)編碼.pdf

1、近年來，網(wǎng)絡(luò)編碼越來越成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率、吞吐量和可靠性，對路由器基礎(chǔ)設(shè)施以及無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等都有重要意義。但直接應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼存在不可忽視的安全問題，主要包括污染和竊聽兩類問題，其中污染主要由惡意節(jié)點(diǎn)和信道噪聲引起，竊聽是指攻擊者通過竊聽網(wǎng)絡(luò)中的部分或者全部信道來獲取網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)南?。這些安全問題很大程度上限制了其應(yīng)用范圍，阻礙了它在實(shí)際中的應(yīng)用和推廣。論文研究了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼時存在的污染和竊聽問題，

2、并設(shè)計了有效的安全網(wǎng)絡(luò)編碼體制，主要包括以下幾個方面：
　　 (1)提出了一種防竊聽的網(wǎng)絡(luò)編碼算法。應(yīng)用該算法，竊聽者得不到關(guān)于信源任何有意義的信息，稱之為弱安全。該算法通過舍棄少量帶寬使得隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼能以很高的概率達(dá)到弱安全的要求。另外，當(dāng)信源和信宿共享有一個低速率秘密信道或公鑰加密體制時，設(shè)計了一種可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)最大流的弱安全網(wǎng)絡(luò)編碼體制。應(yīng)用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼時，該編碼體制防竊聽的概率為1。
　　 (2)現(xiàn)有的防竊聽網(wǎng)絡(luò)編

3、碼存在兩方面的問題。首先，要達(dá)到信息論安全的防竊聽目的必須犧牲部分帶寬，以致無法達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的最大流。其次，應(yīng)用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼時，編碼安全的概率較低。文中設(shè)計了一種能同時達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的最大流和信息論安全條件的網(wǎng)絡(luò)編碼體制。同時，該編碼體制是一個確定性模型而非概率模型，即：應(yīng)用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼時，該編碼體制信息論安全的概率為1。
　　 (3)提出了一種驗證消息完整性的同態(tài)簽名體制。首先，取一些公開參數(shù)作為原始信源消息每個信息包的Hash值，當(dāng)在

4、原始信息包中加入少量冗余時，其Hash值便是取定的公開參數(shù)，省去Hash值的分發(fā)，很大程度上降低了該簽名體制的通信開銷。其次，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唵吻夜潭〞r，用一個所有節(jié)點(diǎn)所共享的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器來產(chǎn)生編碼向量，省去了編碼向量的分發(fā)。當(dāng)Hash值和編碼向量的分發(fā)都省去時，該種簽名體制的通信開銷是幾乎可以忽略的。
　　 (4)利用消息向量張成線性空間的思想，設(shè)計了一種概率模型下的防污染隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼算法。當(dāng)信源和信宿共享有一個線性空間時，在信源

5、消息中加入部分冗余，使得新信源向量張成的空間與信源和信宿共享的空間正交，達(dá)到正確譯碼的目的。
　　 (5)Koetter和Kschischang利用有限域上的線性多項式從線性空間的角度設(shè)計了一種網(wǎng)絡(luò)糾錯編碼體制，但其編碼體制的通信開銷較高(100％)，使其很難在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用。文中對其編碼體制進(jìn)行了改進(jìn)，在其基礎(chǔ)上設(shè)計了一種低通信開銷的網(wǎng)絡(luò)糾錯編碼體制。該編碼體制的通信開銷與經(jīng)典隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼相同。另外，文中同時考慮了竊聽問題，并在此