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无线传感器网络加密与签名方法的研究

作　者: 王卉
导　师: 杨庚
学　校: 南京邮电大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 加密签密广播组播基于身份的加密与签名分布式无线传感器网络
分类号: TN918.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

密码学不但能够提供信息的保密功能,而且还可以确保信息的完整性和不可否认性,能有效地防止信息的篡改和伪造。随着计算机和计算机网络的快速发展,电子签名扮演着越来越重要的角色,现实生活也对该技术提出了越来越多的新需求。针对无线传感器网络中存在的数据和节点认证问题,以Shamir的身份认证为基础,研究并提出认证和签名方法。重点研究对于通信数据的完整性和不可否认性进行验证。在具体实现方法上,要充分考虑到无线传感器网络的特性,如节点的计算、存储能力等及具有的组播广播通信特点,力求认证签名机制的简单有效。本论文的主要研究成果如下:1、IIBS:一种基于身份的签密算法,并将其扩展为广播算法。该算法的主要思想是解密方先验证消息是否由声明的发送方发送,若通过验证则继续解密过程,否则退出解密过程。并简要的分析了该算法的性能,与IDSC、IIDSC算法进行了比较。这种先验证签名再决定是否解密的机制可以在一定程度上节约接收节点的能源,同时我们的算法将计算量大部分转移到发送方,有利于基站向用户发送的模式。2、DIBE:一种新的基于身份的加密机制,将其称为分布式IBE算法。该算法使得采用不同主密钥的IBE系统间可相互通信,可应用于各子系统拥有相同的IBE公共参数,但主密钥各不同的分布式系统中。分布式适应性是DIBE算法的显著特性,它解决了不同系统若想利用IBE机制通信,必须共享相同主密钥的问题。从而使得IBE算法的应用范围更加宽广。本文给出了DIBE算法的一种构造,并分析了其安全性和算法性能,包括计算复杂性,存储需求等。还利用了PBC库对DIBE算法进行了仿真。3、DIBE组播加密算法:该算法的主要思想是第四章中介绍的DIBE算法,可使得采用不同主密钥的IBE系统间相互组播通信。在此基础上简要分析了该算法的性能,并给出了仿真及仿真结果的分析。同时在组播算法的基础上,简要提及了两种基于身份的分布式算法的广播算法构造。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章引言  8-20
  1.1 课题背景  8
  1.2 无线传感器网络研究现状  8-12
    1.2.1 无线传感器网络国内外应用现状  8-10
    1.2.2 无线传感器网络特征  10-11
    1.2.3 无线传感器网络关键技术研究现状  11-12
  1.3 WSNs的安全需要解决的问题  12-13
  1.4 几种典型的加密签名方案  13-16
    1.4.1 传统的公钥密码体系  13-14
    1.4.2 基于身份(Identity Based)的认证体系  14
    1.4.3 基于属性的签名认证  14-15
    1.4.5 知识签名  15-16
    1.4.6 门限密码体系  16
  1.5 课题研究内容与意义  16-18
    1.5.1 课题研究内容  17
    1.5.2 课题研究意义  17-18
  1.6 本文组织结构  18-20
第2章相关的概念及定理  20-33
  2.1 椭圆曲线公钥密码体制  20
  2.2 椭圆曲线加密体制安全性  20-22
  2.3 基于身份加密算法  22-25
    2.3.1 IBE安全性假设  23
    2.3.2 经典的Diffie-Hellman问题  23-24
    2.3.3 BDHP (Bilinear Diffie-Hellman Problem)  24
    2.3.4 ECDLP攻击  24-25
  2.4 可证明安全性  25-27
    2.4.1 可证明安全性概述  25-26
    2.4.2 Random Oracle模型的可证明安全性  26-27
  2.5 Boneh-Franklin 的IBE算法  27-30
    2.5.1 IBE的优势  29
    2.5.2 IBE安全性证明方法  29-30
  2.6 IBE算法应用现状  30-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章基于身份的签密算法  33-43
  3.1 算法应用场景  33-34
  3.2 基于身份的签密算法  34
  3.3 安全模型  34-36
    3.3.1 机密性  35-36
    3.3.2 不可伪造性  36
  3.4 IIBS算法  36-40
    3.4.1 算法的一般形式  36-37
    3.4.2 算法的性能分析  37-40
  3.5 广播算法  40-42
    3.5.1 算法描述  40-41
    3.5.2 性能分析  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章分布式基于身份签密算法  43-61
  4.1 DIBE：分布式基于身份加密算法  43-56
    4.1.1 DIBE算法的应用场景  43-45
    4.1.2 DIBE算法的一般形式:  45-47
    4.1.3 子系统的加入与退出  47-49
    4.1.4 独立系统算法  49
    4.1.5 算法分析  49-54
    4.1.6 DIBE算法的仿真  54-56
  4.2 DIBS算法  56-60
    4.2.1 算法一般形式  56-58
    4.2.2 算法性能分析及仿真  58-60
  4.3 本章小结  60-61
第5章分布式基于身份组播广播加密算法  61-72
  5.1 广播密钥管理需求分析  61-63
  5.2 典型的组播广播加密方案  63-65
  5.3 分布式基于身份组播广播加密算法  65-69
    5.3.1 组播算法一般形式  65-67
    5.3.2 加密密钥协商  67-68
    5.3.3 算法性能分析  68-69
  5.4 分布式基于身份组播广播加密算法  69-70
    5.4.1 广播算法构造（一）  69-70
    5.4.2 广播算法构造（二）  70
  5.5 本章小结  70-72
第六章总结与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-81
作者在硕士研究生期间发表的论文及成果  81

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