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基于博弈论的MANET安全研究

作　者: 郝东
导　师: 佘堃
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: MANET 博弈论内部成员网络安全
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于本文致力于移动无线网络(MANET)中的安全问题与博弈论方法相结合的研究工作。MANET由于其特性,面临着多方面的,各种具有挑战性的安全问题,从底层硬件问题,软件问题,信道抢占,网络层路由选择以及内部成员之间相互协作,再到应用层与P2P网络相似的安全问题等等。其中,关系到内部成员的相互协作与交互的安全问题又与社会学,经济学紧密联系起来。虽然很多的现实社会中的安全模型可以被移植到网络世界中来,但是这项工作需要进行清晰的,系统化的数学建模和分析。博弈论是一个关于决策理论的数学分支,它为研究者提供了丰富的用于分析多决策者交互的数学方法与模型。近年来,博弈论已经逐渐成为一个重要的研究工具,来帮助学者设计计算机网络安全问题。有其博弈论已经被成功应用在点对点网络的激励机制,以及无线网络的信道碰撞等问题上。而将博弈论应用在MANET安全领域中,是近年来新兴的,极具挑战性,并且拥有丰富的研究价值的研究课题。在本文中,我们首先探讨了MANET所面临的安全问题,以及成员节点之间的相互合作问题。然后,将博弈论引入到网络系统中来,使用博弈论对网络成员进行分析与建模。我们首先针对MANET中的数据转发的安全性进行分析,并基于博弈论构建了一个多级别的,按需的MANET内部节点监视机制。这样的机制为MANET内部节点提供了最优的监视策略选择方法;并为MANET管理者实现了安全保障和资源开销之间的平衡,从而实现网络监视者的利益最大化。然后,在监视系统的基础上,我们又关注于路由建立之后的数据包转发阶段,针对网络中的恶意节点行为,设计了一套完整的数据包转发激励机制。使用博弈论对这个激励机制进行分析与量化,从而实现了对网络中自私理性节点的合作激励。最后,我们介绍了博弈论的分支:机制设计理论的概念以及其在MANET网络安全中的应用。我们分析了MANET路由并提出了合作激励的解决方案,通过使用密码学技术以及Ad Hoc VCG机制,设计了一种新的防欺骗的合作路由协议,并对此协议进行了分析。本文中描述的MANET监视机制以及安全路由协议使用了博弈论进行设计与分析,解决了传统安全理论无法实现的安全决策以及激励兼容问题,具有较好的研究前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章引言  9-14
  1.1 课题背景及意义  9
  1.2 研究课题领域现状  9-11
  1.3 研究对比以及作者的工作  11-13
    1.3.1 现有研究的局限性  11-12
    1.3.2 本文作者的工作  12-13
  1.4 本文的组织安排  13-14
第二章无线Ad Hoc 网络中的协作以及安全问题  14-18
  2.1 无线Ad Hoc 网络简介  14
  2.2 无线Ad Hoc 网络所面临的安全问题  14-15
  2.3 无线Ad Hoc 网络路由协议  15-16
  2.4 无线Ad Hoc 网络的协作问题  16-18
第三章博弈论应用简介  18-29
  3.1 博弈论基本概念  18-23
    3.1.1 囚徒困境  18-19
    3.1.2 不同域网络供应商博弈  19-20
    3.1.3 污染治理博弈  20-21
    3.1.4 带宽分享博弈问题  21-22
    3.1.5 合作博弈  22-23
  3.2 博弈的定义：博弈函数、策略、支付  23-25
  3.3 博弈的求解  25-29
    3.3.1 占优策略求解  25
    3.3.2 Vickrey 竞拍：设计博弈  25-26
    3.3.3 纯策略纳什均衡  26-27
    3.3.4 混合策略纳什均衡  27
    3.3.5 无纳什均衡的博弈  27-29
第四章基于博弈论的MANET 监视机制设计  29-45
  4.1 无线Ad-hoc 网络的博弈论特性  29-30
  4.2 关键问题以及挑战  30-32
  4.3 可疑节点的威胁性分析  32-34
    4.3.1 信誉机制  32-33
    4.3.2 恶意行为预测  33-34
  4.4 基于博弈论的安全体系设计  34-37
    4.4.1 多级别监视  34-35
    4.4.2 MANET 安全博弈建模  35-37
  4.5 MANET 安全博弈的求解  37-39
  4.6 MANET 安全博弈的策略制定  39-41
    4.6.1 监视者的决策  40
    4.6.2 网络管理者的决策  40-41
  4.7 MANET 监视博弈的实例化分析  41-44
  4.8 MANET 安全博弈的总结  44-45
第五章 MANET 信任机制设计以及基于博弈论的分析  45-60
  5.1 信任体系概述  45-46
  5.2 基于逆哈希链的合作机制  46-49
  5.3 转发收据的提交与审核  49-50
  5.4 TC 的校验工作  50-51
    5.4.1 对源节点的检查  50-51
    5.4.2 对中间节点的检查  51
  5.5 防欺骗机制  51-54
    5.5.1 激励中间节点进行转发并汇报收据  52
    5.5.2 激励发送节点正确汇报路由  52-53
    5.5.3 防收据欺骗  53-54
  5.6 基于博弈论的分析  54-59
    5.6.1 博弈模型的建立  54-58
    5.6.2 纳什均衡求解  58-59
  5.7 MANET 信任机制总结  59-60
第六章机制设计理论在MANET 安全中的应用  60-71
  6.1 机制设计理论简介  60
  6.2 VCG 机制在Ad Hoc 网络中的应用  60-61
  6.3 一种新的ad-hoc 网络合作模型  61-67
    6.3.1 基本概念  61-62
    6.3.2 合作占优协议  62-63
    6.3.3 路由阶段的解决方案  63-64
    6.3.4 合作路由协议设计  64
    6.3.5 VCG 支付设计  64-66
    6.3.6 链路成本决策过程中的防欺骗问题  66-67
  6.4 路由阶段的协议设计  67-68
    6.4.1 源节点的测试信号  67
    6.4.2 中间节点的测试信号  67-68
    6.4.3 路由信息转发  68
    6.4.4 目标节点协议  68
  6.5 路由协议分析  68-69
  6.6 机制设计理论在MANET 安全中的应用总结  69-71
第七章总结与展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76

基于博弈论的MANET安全研究

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