基于CFL的空间网络认证策略研究

卫星网络作为一种新兴的网络,具有覆盖范围广、传输环节少等优点,但拓扑结构复杂、链路频繁切换,因而面临诸多网络安全威胁。为解决卫星网络中身份认证等安全性问题,结合CFL认证体制,提出了一种适用于卫星网络的安全认证策略研究。在注册阶段,用户和卫星分别向地面控制中心申请证书,地面控制中心验证用户和卫星的身份后为用户和卫星签署证书;在认证阶段,用户与卫星互相交换证书,自主生成验证密钥并验证证书,实现用户与卫星的双向快速认证。分析结果表明,所提方案能够满足卫星网络的安全需求,抵御各种常见的网络安全攻击;与其他相关方案的相比,该方案无须地面中心参与认证过程,通信开销与计算开销较小,在保证安全性的基础上,与最低计算开销方法相比,将通信效率提升了33%,有效提高了认证效率。因此,本方案不仅适合星载资源有限的卫星网络,且能够增强卫星网络的安全性。     

基于路由选择的防搭线窃听安全网络编码

相对于传统的以路由为基础的网络理论,网络编码技术有着许多特点和优势。与此同时,它也遭受着各种各样的网络攻击,其中搭线窃听攻击就是最典型的攻击之一。提出一种基于路由选择的防搭线窃听安全网络编码方法,在已知被窃听链路位置(不可信链路位置)的情况下,对被窃听链路的传送消息进行分析。在保证网络最大流不变的前提下,尽量移除较少被窃听链路或者正常链路,以保证窃听者无法得到完整的网络源信息,而信宿节点能够正常地接收到所有的信息。根据得到的安全网络拓扑构造新的系统传输矩阵,从而获得安全网络编码,达到抵御搭线窃听攻击的目的。仿真实验证实提出的方法能够有效地抵御搭线窃听攻击。     

基于节点修复的低轨卫星网络动态抗毁性模型

基于复杂网络理论,建立基于多智能体的低轨卫星网络动态抗毁性模型.完成低轨卫星网络的分布式拓扑结构的构建,将每个网络节点看成是一个具有自修复能力的agent,并在不完全信息条件下,采用一般性攻击策略研究信关站的分布、攻击强度、攻击力度、信息指数、自修复能力对低轨卫星网络抗毁性的影响.仿真结果表明:系统存在恢复时滞,对随机打击具有较强的鲁棒性,对蓄意打击脆弱性降低、稳定性提高,自修复性能弱化了网络的无标度特性;信息指数比攻击强度及攻击力度对网络抗毁性的影响更大;信关站分布对空间段网络抗毁性的影响较小,对地面段网络抗毁性影响较大,表明星际链路使得低轨卫星星座对地面网的依赖性大为降低.     

一种基于GEO/MEO星层组网的卫星网络抗毁路由研究

提出一种新的基于GEO/MEO星层组网的抗毁路由算法（DRRA）,基于分群管理、群首备份、链路冗余、链路修补的星座结构.在基于卫星移动的动态卫星网络中,在数据包路由抗毁、数据包路由最短延时等方面具有优势.这主要在于：①在充分考虑该卫星网络结构特点的基础上采用卫星分群管理和群首备份机制,以减少网络中冗余信息的流动和对特定中心节点的依赖;②在充分考虑卫星网络运行环境复杂与恶劣的基础上采用星间链路冗余、星间链路修补方案,以降低网络中星间链路失效和/或卫星节点失效对整个卫星网络通信性能的影响.     

基于分簇空天信息网络节点接入认证机制研究

相较于传统地面网络,开放性更强的空天信息网络存在卫星节点接入认证与密钥更新难等安全问题.针对以上问题,着重研究了导航卫星系统中网络节点的接入互信认证机制,并提出了一种基于分簇空天信息网络的轻量级接入认证方案.安全分析显示,所提方案能够有效抵御空天信息网络中身份假冒、消息重放、中间人攻击等多种典型安全威胁.实验结果表明,卫星节点在接入认证过程中所需计算开销更少,能够实现导航卫星系统在资源受限条件下的安全组网认证.     

多用户网络量子密码术的改进

针对经典的利用EPR粒子纠缠态互换的量子密钥传输协议存在的问题,它提出了一个在多用户传输网络中,基于3个粒子的最大纠缠态GHZ安全的量子密钥传输协议.改进的量子密钥传输协议在通信节点与控制中心之间通过多个GHZ对完成该密码的安全分配系统.与经典的利用EPR粒子纠缠态互换的量子密钥传输协议相比,在传输网络中,窃听者Eve如果参与了3方的通信,要获得有用信息,必然要不断的引入错误,于是该网络的节点和控制中心将会发现Eve,保证了改进的多用户网络安全性.     

基于SPINS的无线传感器网络低能耗安全路由协议

LEACH协议是一种基于分簇结构和分层技术的重要的无线传感器网络路由协议,其簇建立过程容易遭受身份伪造、laptop型攻击等。基于SPINS设计了低能耗安全路由协议,使用μTESLA思想认证广播包,借助SNEP协议为簇头和其簇成员节点分配认证密钥,节点验证簇头身份和链路可达后方可加入簇。协议实现了不同类型节点之间通信的机密性、完整性、新鲜性、身份和链路双向性认证等安全目标。基于NS2的仿真结果表明,由于基站和簇头节点承担了与安全相关的较多任务,普通节点的能耗并未明显增加。     

基于链路信息的卫星网络最优路径选择策略

分层卫星网络路由协议在通信时比单层卫星网络有更好的表现,但是同样有着一些缺点。快照的频繁切换导致计算开销大、链路拥塞和节点失效时处理能力较差。针对LEO/MEO卫星网络的特点,提出了一种新的路由协议。计算相邻卫星间的实际通信开销,和预估可选卫星到目的卫星间的通信开销,在保证一定链路利用率和低延时的情况下,选择一条最优路径。当链路切换或节点失效时,缩小路径搜索区域,无需重新计算源卫星节点到目的卫星节点路径,只更新部分失效节点,减少计算开销。通过仿真发现,该算法在路径建立以及链路拥塞等方面具有良好的性能。     

基于团簇态的量子秘密共享方案

提出了一个基于团簇态的量子秘密共享方案,发送者通过Pauli操作将经典秘密信息编码在团簇态上进行分发,接收者通过联合测量实现秘密共享。协议插入EPR对作为诱骗态以防止窃听,通过安全性分析证明本协议是安全的,可以抵抗截获-测量、截获-重发和纠缠-测量攻击。此外,协议传输一个四粒子团簇态可以共享四个经典比特信息,量子比特效率达到100%。     

基于簇结构的移动Ad Hoc网络的认证协议

与传统网络比较,移动AdHoe网络具有拓扑结构不稳定、终端能源有限、有限带宽及自组织等特点,这使得AdHoe网络的安全问题成了一个极具挑战性的研究课题,而安全问题中认证是基础。文中提出一种基于分簇结构的移动AdHoe网络的认证协议,结合门限加密机制和分布式密钥管理方案,实现各级簇头及簇成员的分布式认证。有效防止了恶意节点对消息的截取、修改、伪造、监视和窃听等外部攻击和防范内部被攻破认证节点对分布式认证的干扰。     

基于混沌序列的双重加密安全网络编码方案设计

针对当前对抗全局窃听的网络编码方案计算量大、占用带宽大、安全性不高等问题,提出一种基于混沌序列的双重加密方案。首先,利用密钥对传输数据的最后一维进行加密,加密时用数据本身扰动混沌序列;然后,用另一密钥和随机数密钥生成编码系数矩阵,此时用m序列对混沌序列进行扰动;最后,用得到的编码系数矩阵对未加密消息和加密消息进行线性组合,实现对抗全局窃听。由于编码系数矩阵是由密钥生成的,不需要在信道中传输编码系数,相对于实体网络编码（SPOC）方案,所提方案节省了网络中对编码系数传输的带宽开销。分析和实验结果表明,该方案提高了网络的安全性能,对唯密文攻击和已知明文攻击都能起到作用,并且提高了传输效率,算法复杂度适中。     

基于动态多簇密钥管理模型的安全数据聚合方案

军事领域需要强有力的安全措施,但由于环境恶劣,缺乏物理保护,难以展开固定的通信设施。设计了一种基于身份的动态多簇密钥管理模型。该模型以簇为单位进行密钥管理,每个成员节点只需存储本簇的公钥因子矩阵,极大地节省了密钥存储空间,且可抵抗同谋攻击;密钥分发过程安全高效,节点加入和退出时密钥更新开销小;不依赖可信第三方便可实现身份认证,且不需要固定基础设施的支持。基于该模型提出了一种安全数据聚合方案。列举了部分可以抵御的攻击;讨论了该方案握手过程需要消耗的能量。结果显示,在新模型下将公钥密码体制用于无线传感器网络是可行的。     

融合双层卫星网络的星地和星间AKA协议

天地一体化网络以其大时空、天网地网和星地融合的特性备受关注,卫星不仅可以作为应急通信补充,还可以充当空中中继站,扩大地面网络覆盖范围,在军用和民用场景都占据着重要地位。实体身份认证和密钥协商机制可以防止假冒实体加入天地一体化网络,窃取用户隐私行为的发生,保障网络信息安全。针对天地一体化网络星地传输时延较大、链路高度暴露、星上处理能力有限以及星间拓扑结构动态时变等特点,提出一种轻量级的双层卫星网络的星间和星地组网实体身份认证（AKA,authenticated key agreement）协议,以实现安全的卫星组网架构,后续基于协商的会话密钥保护数据传输。所提协议基于对称密码体制,采用轻量级密码算法,引入群密钥和分层管理机制,针对双层卫星网络的不同场景特点,将认证协议分为高轨卫星星地和星间认证、层间和同轨道低轨卫星间认证以及相邻轨道低轨卫星间认证3部分。群密钥和分层管理机制提高了群组间信息的传递效率,减轻了地面控制中心的认证压力,且在三方认证协议中实现了双重验证,提高了认证安全强度。不同于以往的单场景认证,部分认证协议采取复用认证参数的形式,在一次认证转发过程中可实现双场景的认证需求。通...     

Quantum security in wireless sensor networks

Security in sensor networks, though an important issue for widely available wireless networks, has been studied less extensively than other properties of these networks, such as, for example, their reliability. The few security schemes proposed so far are based on classical cryptography. In contrast, the present paper develops a new security solution, based on quantum cryptography. The scheme developed here comes with the advantages quantum cryptography has over classical cryptography, namely, effectively unbreakable keys and therefore effectively unconditionally secure messages. Our security system ensures privacy of the measured data field in the presence of an intruder who listens to messages broadcast in the field.     

基于量子Calderbank-Shor-Steane纠错码的量子安全直接通信

量子安全直接通信是继量子密钥分配之后提出的又一重要量子密码协议,它要求通信双方在预先不需要建立共享密钥的情况下就可以实现消息的保密传输.给出了一个新的量子安全直接通信方案,该方案利用量子Calderbank-Shor-Steane(CSS)纠错码和未知量子态不可克隆等性质,方案的安全性建立在求解一般的线性码的译码问题是一个NP完全问题、Goppa码有快速的译码算法和量子图灵机不能有效求解NP完全问题的基础上.在协议中,发送方Alice把要发送的秘密消息转化为一一对应的错误向量,把错误向量加到其接收到的、Bob编码过的量子态上,并发给接收方Bob.Bob利用其私钥,通过测量、解码可以得到错误向量,并可以用相应的算法恢复出秘密消息.控制量子信道的攻击者Eve不能恢复出秘密消息,因其不知道Bob的密钥.与已有的量子安全直接通信方案相比,该方案不需要交换任何额外的经典信息和建立量子纠缠信道.     

基于组密钥序列卫星网络组密钥协商协议

组密钥的协商是实现卫星网络安全组播通信的一个关键环节。为降低组密钥协商过程的计算及通信开销,针对卫星网络拓扑结构的动态变化问题,基于组密钥序列给出了组控制节点切换方法,实现了对组控制节点的动态调整;引入认证与完整性校验机制,提出了一种组密钥产生与更新机制,提高了密钥协商信息的安全性。仿真分析表明,该卫星网络组密钥协商协议具有较高的效率与安全性。     

可及时确定受攻击节点的无线传感器网络数据聚合方案

无线传感器网络（WSN）中,当传感器节点受到攻击导致网络数据和传输受到干扰,及时确定受攻击的传感器节点并采取相应措施以保障整个网络的安全性尤为重要。因此,提出一种可及时确定受攻击节点的无线传感器网络数据聚合方案。首先使用状态公钥加密和对称公钥加密结合伪随机函数和消息认证码对数据进行两次加密;其次,在簇头节点进行认证,将假数据过滤后,解密,并将假数据节点编号发送给基站;最后在基站进行解密认证,恢复明文数据。该方案的提出解决了由于受攻击节点导致的错误聚合值问题,而且还实现了及时过滤假数据并确认受攻击的传感器节点。理论分析表明,提出的基于安全的单向函数、消息认证码和椭圆曲线上的离散对数难问题的方案是安全的,并大大降低了网络的通信成本和计算成本。仿真实验表明,该方案的计算成本、通信成本和确认受攻击节点时间比使用状态公钥加密的无线传感器网络安全聚合方案分别降低了至少19.96% 、36.81%和28.10%。     

可证明安全的社交网络隐私保护方案

针对社交网络隐私保护方案的安全性证明问题,提出了一种可证明安全的社交网络隐私保护方案。首先,通过分析社交网络中节点隐私的安全需求（不可区分的节点结构和不可区分的发送消息）,分别建立其安全模型;其次,基于该安全模型运用双线性映射构造社交网络节点隐私保护方案;最后,证明了该方案是可证明安全的,并且分析和对比了该方案的安全性,分析结果表明,该方案除了具有可证明安全性外,还能抵抗再识别攻击、推理攻击和信息聚集攻击。     

量子密码研究与进展

量子密码解决了传统密码技术存在的问题,是近年来国际学术界的一个研究热点。本文论述了传统密码技术存在的问题,阐述了量子密码的基本原理,介绍了主要的量子密码协议：BB84协议、B92协议和E91协议等,并研究了量子密码通信的研究现状及其进展。量子密码必将会在网络安全通信中得到广泛的应用。