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IP数字广播系统音频数据安全性的研究

作　者: 贺堃
导　师: 师卫
学　校: 太原理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: IP数字广播多播安全数据加密多播认证密钥管理
分类号: TN916.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 47次
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内容摘要

IP数字广播系统是一套基于IP网络的纯数字化网络音频广播系统。它在物理结构上与IP网络完全融合，不仅真正实现基于IP网络的数字化音频的广播、直播，并借助IP网络的优势，突破了传统模拟广播系统的内容局限、空间局限和功能局限。IP数字广播系统不仅能够完全取代传统的模拟音频广播系统，更为音频广播的应用提供了更广阔的空间。在IP数字广播系统中，数据的收发是以多播方式进行的。多播是一种高效的群组消息交互模式，使用多播的数据传递方式可以有效的节约网络带宽和提高群体间的通信效率。不像单播的网络安全问题得到了广泛的注意和研究，多播的安全问题一直没有引起应有的重视。由于多播是一种群体之间的通信方式，因此相对于只是涉及一对通信实体的单播通信来说，多播的安全问题也要远远复杂于单播。目前提出的各种安全多播机制也只是能适用于某些一定范围内的多播应用需要。本文在分析IP数字广播系统特点和安全需求的基础上，首先介绍了多播技术的相关概念，研究了多播通信所面临的风险以及多播安全需要解决的主要问题。然后根据多播安全需要解决的问题详细研究了数据加密、数据认证和密钥管理三种主要的多播安全保证技术。数据加密是保证数据安全的基本技术，数据加密又可以分为不同的体制的数据加密，本文详细描述了两种主要密码体制代表算法的算法原理及其安全性，并给出了不同算法的比较；认证是多播应用的瓶颈问题，由于多播自身的特点，单播通信中许多成熟的认证方案不能直接应用于多播当中。本文介绍了两种应用于多播的基本认证技术，描述了具体的认证实施方案，并对方案的特点进行了比较；多播数据的加密和认证都需要密钥的参与，如何安全的生成、分发和更新密钥是多播安全最核心的问题。本文对目前多播密钥管理方案进行了介绍，分析了各个方案的特点。论文最后根据IP数字广播系统的特点设计了适合于本系统的数据安全方案，描述了方案中所涉及的各个模块的功能，并给出了每个模块的具体实现。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-15
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 网络数据安全及其研究现状  13-14
  1.3 论文的组织  14-15
第二章多播安全概述  15-25
  2.1 IP多播概述  15-20
    2.1.1 IP多播通信体系结构  16-17
    2.1.2 多播地址管理  17-18
      2.1.2.1 IP地址的分类  17
      2.1.2.2 多播使用的地址空间  17
      2.1.2.3 多播地址的分配  17-18
    2.1.3 主机的扩展  18-19
      2.1.3.1 Internet群组管理协议IGMP  18-19
      2.1.3.2 多播报文的发送和接收  19
    2.1.4 路由扩展  19-20
      2.1.4.1 分布树  19-20
      2.1.4.2 多播路由协议  20
  2.2 多播通信面临的风险  20-21
  2.3 多播安全的决定因素  21-22
  2.4 多播安全需要解决的主要问题  22-23
  2.5 本章小结  23-25
第三章数据加密技术  25-50
  3.1 密码学概述  25-30
    3.1.1 密码学相关概念  25-27
    3.1.2 网络安全模型  27
    3.1.3 密码体制  27-30
      3.1.3.1 对称密码体制(Symmetric Encryption)  28-29
      3.1.3.2 非对称密码体制(Asymmetric Encryption)  29-30
  3.2 对称密码体制  30-44
    3.2.1 分组密码  30-33
      3.2.1.1 分组密码概述  30-31
      3.2.1.2 分组密码原理  31
      3.2.1.3 分组密码的操作模式  31-33
    3.2.2 数据加密标准(DES)  33-38
      3.2.2.1 DES加密原理  33-37
      3.2.2.2 DES的安全性  37-38
    3.2.3 高级加密标准(AES)  38-44
      3.2.3.1 AES算法描述  39-44
      3.2.3.2 AES的安全性  44
  3.3 非对称密码体制  44-48
    3.3.1 概述  44-45
    3.3.2 RSA算法  45-48
      3.3.2.1 RSA算法描述  46-48
      3.3.2.2 RSA的安全性  48
  3.4 加密算法的比较  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章多播认证技术  50-62
  4.1 消息认证码和数字签名  51-54
    4.1.1 消息认证码  51-52
    4.1.2 数字签名  52-54
  4.2 消息认证码方案  54-56
    4.2.1 消息认证方案  54-55
    4.2.2 源认证方案  55
    4.2.3 TESLA认证方案  55-56
    4.2.4 MAC和数字签名的比较  56
  4.3 数字签名方案  56-59
    4.3.1 EMSS  57-58
    4.3.2 放大链  58
    4.3.3 SAIDA  58-59
  4.4 认证方案的比较  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章多播密钥管理  62-78
  5.1 多播密钥管理介绍  62-64
    5.1.1 多播密钥管理的定义及其面临的问题  62-64
    5.1.2 多播密钥管理系统的拓扑结构  64
  5.2 多播密钥管理协议  64-76
    5.2.1 集中式组密钥管理协议  64-69
      5.2.1.1 群组秘钥管理协议  65
      5.2.1.2 逻辑密钥层次结构方案  65-67
      5.2.1.3 单向函数树  67-68
      5.2.1.4 方案小结  68-69
    5.2.2 分散式组密钥管理协议  69-72
      5.2.2.1 可扩展多播密钥分配协议  70
      5.2.2.2 Iolus  70-71
      5.2.2.3 双加密协议  71-72
      5.2.2.4 方案小结  72
    5.2.3 分布式组密钥管理协议  72-76
      5.2.3.1 群组DH密钥交换  73
      5.2.3.2 分布式的逻辑密钥层次方案  73-75
      5.2.3.3 分布式的单向函数树  75
      5.2.3.4 DH逻辑密钥层次  75
      5.2.3.5 方案小结  75-76
  5.3 密钥管理协议总结  76-77
  5.4 本章小结  77-78
第六章广播系统数据安全方案的设计与实现  78-112
  6.1 方案总体设计  78-79
  6.2 方案各功能模块的设计和实现  79-107
    6.2.1 网络通信模块的设计和实现  79-85
      6.2.1.1 Winsock概述  79-81
      6.2.1.2 网络系统的编程接口Socket的实现原理  81-82
      6.2.1.3 Socket程序的实现  82-84
      6.2.1.4 多播通信的实现  84-85
    6.2.2 加解密模块的设计和实现  85-90
    6.2.3 数据认证模块的设计和实现  90-99
      6.2.3.1 HMAC算法  90-95
      6.2.3.2 认证功能的实现  95-99
    6.2.4 密钥管理模块的设计和实现  99-107
      6.2.4.1 密钥生成的实现  100-101
      6.2.4.2 密钥分发的实现  101-106
      6.2.4.3 密钥更新的实现  106-107
  6.3 方案测试  107-111
    6.3.1 数据监听测试  108-109
    6.3.2 数据修改测试  109-110
    6.3.3 系统性能评价  110-111
  6.4 本章小结  111-112
总结与展望  112-114
参考文献  114-117
致谢  117-118
在读期间发表的论文  118

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