移動自組網(wǎng)安全路由技術的研究.pdf

1、移動自組網(wǎng)是一種無基站設施的多跳移動無線網(wǎng)，由若干個移動節(jié)點組成的自組織無線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化，沒有專門的固定基站或路由器作為網(wǎng)絡的管理中心，每個節(jié)點兼有終端主機和路由器兩個功能，節(jié)點間以對等的方式進行通信，其用戶終端可以是筆記本電腦、PDA和車載臺等具有無線收發(fā)裝置的便攜式設備，便于快速臨時自行組網(wǎng)，可應用于移動遠程會議、救災搶險、戰(zhàn)地救護、軍事行動和傳感器網(wǎng)絡等，在軍事及民用各個領域有著廣泛重要的應用前景。 相對于有線網(wǎng)

2、絡而言，移動自組網(wǎng)有著信道帶寬窄、電源容量小、處理速度低等特點。因而，在移動自組網(wǎng)中，采用多播路由來節(jié)省多點傳輸時的網(wǎng)絡資源、采用QoS路由來保證信息的有效可靠傳輸是十分必要的。 在移動自組網(wǎng)給我們帶來極大的靈活和便利性的同時，移動自組網(wǎng)的安全性也給我們帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。移動自組網(wǎng)由于其節(jié)點間的無線連接、網(wǎng)絡拓撲的快速多變和無管理中心等特點，相對于有基站設施網(wǎng)絡更易受到竊聽、假冒和DoS等各種安全威脅和攻擊。而且由于節(jié)點的移動性

3、，移動自組網(wǎng)中各節(jié)點間的距離以及節(jié)點的鄰居都在不斷變化之中，而且能源容量十分有限，這就給攻擊者帶來更多可乘之機。移動自組網(wǎng)除了可能遭受與有線網(wǎng)絡相同的各種攻擊之外，還另外更可能遭受的攻擊有：i)路由旁路攻擊ii)資源耗盡攻擊。在路由旁路攻擊中，攻擊者采用發(fā)送虛假路由信息、塞入虛擬節(jié)點和隧道包裝等各種手法將所攻擊節(jié)點發(fā)送的合法數(shù)據(jù)包引往邪路或陷入死循環(huán)或被丟棄。在資源耗盡攻擊中，攻擊者大量頻頻發(fā)出數(shù)據(jù)包，使得帶寬較窄的移動自組網(wǎng)絡信道阻塞

4、，致使正常的數(shù)據(jù)包無法傳遞，這種攻擊亦即是拒絕服務攻擊。 因此，為了為移動移動自組節(jié)點能快速、有效、安全地傳輸信息，研究適用于移動白組網(wǎng)的安全路由機制顯然是十分重要的。 本文就以下幾個方面進行了創(chuàng)新性的研究工作。 1)對認證算法HORSE先后作了兩次改進，有效的降低了簽名驗證的計算復雜性現(xiàn)有的移動自組網(wǎng)安全路由協(xié)議的源認證算法可分為四大類：基于公開密鑰密碼學的算法、基于對稱密鑰密碼學的算法、基于hash鏈的算法和

5、基于hash樹的算法。它們分別具有處理開銷大、容易偽造源簽名、需要時間同步和不能用于動態(tài)信息包等不可忽視或容忍的缺點。我們在已有認證算法HORSE的基礎上，經(jīng)過兩次改進而相繼生成了新的認證算法HORSEI和HORSE12，在不降低安全強度的情況下，將接收或轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點進行簽名認證的計算復雜性從O(kd)降低為O(√d)，并且將HORSE的簽名尺寸減小了k倍，同時克服了以上所列四大缺點。 2)提出了多種新的安全協(xié)議，分別為：移動自組網(wǎng)

6、安全按需距離向量路由協(xié)議、安全多播路由協(xié)議；安全QoS按需路由協(xié)議；安全QoS多播路由協(xié)議。 這些安全協(xié)議采用HORSEI/HORSE12作為認證機制，其簽名驗證的計算速度比現(xiàn)有常用的公鑰算法快很多，其安全性基于單向hash算法，且不需收發(fā)者之間的時間同步。這些安全協(xié)議的主要功能是為移動自組網(wǎng)的按需距離向量路由、多播路由、QoS路由、QoS多播路由信息提供源認證手段，為其中的多播路由構(gòu)造具備認證約束條件的多播樹。本文采用網(wǎng)絡仿真

7、軟件NS2對這些安全協(xié)議進行了性能測試。其結(jié)果表明，與以公鑰為基礎的安全路由機制相比，這些安全協(xié)議產(chǎn)生較少的端到端延遲，因而效率較高，分別是在移動自組網(wǎng)中進行多種安全路由的可行方案。理論分析和基于NS2的網(wǎng)絡仿真結(jié)果表明，這些安全協(xié)議具有較好的網(wǎng)絡性能和實用性。 3)提出了一種新的基于新型公鑰簽名算法NTRUSign的安全QoS多播路由協(xié)議我們提出了一個以基于NTRU的簽名算法NTRUSign為認證機制的移動自組網(wǎng)安全QoS多播

8、路由協(xié)議NSQMRAN，并從理論分析和NS2網(wǎng)絡仿真的角度與基于HORSEl2的安全OoS多播路由的網(wǎng)絡性能進行了比較。 4)提出一種新的基于門限機制的移動自組網(wǎng)密鑰分發(fā)協(xié)議我們針對移動自組網(wǎng)的移動自組對等通信等特點，分析了傳統(tǒng)證書服務基于單個可信機構(gòu)進行密鑰管理對于自組網(wǎng)的不適應性。提出了基于門限機制Asmuth-Bloom算法的適用于移動自組網(wǎng)的密鑰分發(fā)協(xié)議MANETKDP，并進行了復雜性和性能分析比較以及安全性討論。分析和