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组播密钥管理协议的研究与实现

作　者: 彭源
导　师: 李肖坚
学　校: 广西师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: IP 组播安全组播组播密钥管理密钥协商
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 147次
引　用: 3次
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内容摘要

组播通信中,发送者向特定的组播地址发送一份信息,由支持组播的路由器尽最大努力转发给组里的所有成员,利用组播可以减轻网络负载和发送者负担。由于TCP/IP 在网络层缺乏访问控制,为了保证组播通信的安全,需要将组播通信内容用密钥加密后再传输,因此组播密钥管理成为安全组播的重要研究内容。本文通过分析组播密钥管理研究现状,指出组播密钥管理协议存在的问题:组通信参与者不具体,不能确定哪些组成员是消息发送者或接收者,只能确定消息发送者或接收者是组成员;全体组成员利用组密钥实现安全通信,共享一个秘密通道,不能根据成员需求构建多个秘密通道,未能实现灵活的子组通信。针对组成员认证问题,提出组密钥协商方法,成员与可信中心共同协商组密钥,在组密钥中包含成员信息,明确组通信参与者,并将MH 背包公钥密码算法运用于组密钥产生。针对子组通信访问控制问题,提出子组密钥产生方法,根据成员需求建立子组,实现灵活的子组通信。为防止成员利用已知明文进行恶意攻击,破解其他成员与可信中心共享的秘密密钥,将秘密共享算法运用于组密钥分发。综合上述方法,提出基于密钥协商的组播密钥管理协议(GKCP)。GKCP 协议分为六个阶段:双向认证、组密钥协商、组密钥分发、组密钥恢复、组向量恢复、子组密钥产生。采用SVO 逻辑对双向认证和子组密钥产生协议进行形式化分析;用数学方法例证组密钥产生、组密钥分发、组密钥恢复、组向量恢复等过程,证明了GKCP 的正确性。在分析GKCP 功能需求的基础上,设计实现GKCP,并对其进行实验验证。形式化分析、例证和实验结果表明GKCP 的正确性和可行性。通过与GKMP、LKH、OFT 等协议进行比较,得出GKCP 具有双向认证、组成员认证粒度小、灵活的子组通信、抵抗组密钥更新欺骗等特点。最后对本文工作进行总结,提出今后研究工作的方向。

全文目录

第1章绪论  11-16
  1.1 研究背景  11
  1.2 安全组播概述  11-12
  1.3 组播密钥管理面临的问题  12-13
  1.4 组播密钥管理研究现状  13-14
  1.5 研究内容  14
  1.6 论文组织  14-16
第2章组播密钥管理协议存在的问题  16-26
  2.1 组播密钥管理协议分类  16
  2.2 集中式组播密钥管理协议  16-21
    2.2.1 Group Key Management Protocol (GKMP)  16-17
    2.2.2 Logic Key Hierarchy (LKH)  17-18
    2.2.3 单向函数树(OFT)  18-21
    2.2.4 集中式协议的分析  21
  2.3 分布式组播密钥管理协议  21-25
    2.3.1 CLIQUES  21-23
    2.3.2 分布式二叉密钥树  23-24
    2.3.3 分布式协议的分析  24-25
  2.4 关键问题  25
  2.5 小结  25-26
第3章基于密钥协商的组播密钥管理协议  26-36
  3.1 关键技术  26-29
    3.1.1 组密钥协商  26-27
    3.1.2 子组密钥产生  27
    3.1.3 组密钥分发  27-29
  3.2 GKCP 协议  29-33
    3.2.1 双向认证阶段  29-30
    3.2.2 组密钥协商阶段  30-31
    3.2.3 组密钥分发阶段  31
    3.2.4 组密钥恢复阶段  31
    3.2.5 组向量恢复阶段  31-32
    3.2.6 子组密钥产生阶段  32-33
  3.3 成员关系变化的处理  33-35
  3.4 小结  35-36
第4章 GKCP 协议形式化分析及证明  36-50
  4.1 SVO 逻辑  36-39
    4.1.1 SVO 逻辑的语法  36-39
  4.2 双向认证协议形式化分析  39-42
    4.2.1 符号说明  39-40
    4.2.2 双向认证协议图示  40
    4.2.3 协议理想化  40
    4.2.4 前提假设  40-41
    4.2.5 预期目标集合  41
    4.2.6 证明过程  41-42
  4.3 组密钥产生与组向量恢复过程例证  42-43
    4.3.1 组密钥产生  42
    4.3.2 组向量恢复  42-43
  4.4 组密钥分发与恢复过程例证  43-45
    4.4.1 组密钥分发与恢复  43-44
    4.4.2 防止恶意成员的已知明文攻击  44
    4.4.3 非组成员不能获得组密钥  44-45
  4.5 子组密钥产生协议形式化分析  45-49
    4.5.1 符号说明  45-46
    4.5.2 子组密钥产生协议图示  46
    4.5.3 协议理想化  46
    4.5.4 前提假设  46-47
    4.5.5 预期目标集合  47-48
    4.5.6 证明过程  48-49
  4.6 小结  49-50
第5章 GKCP 协议设计与实现  50-62
  5.1 GKCP 的功能需求  50
  5.2 功能划分  50-51
  5.3 可信中心的设计与实现  51-55
  5.4 成员端的设计与实现  55-58
  5.5 通信报文结构  58-61
  5.6 小结  61-62
第6章实验验证与协议评价  62-69
  6.1 实验验证  62-66
    6.1.1 实验目标  62
    6.1.2 实验环境  62
    6.1.3 测试步骤与结果  62-66
    6.1.4 结果分析  66
  6.2 协议评价  66-68
  6.3 小结  68-69
总结与展望  69-70
参考文献  70-72
致谢  72

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