移動自組織網密鑰管理體系的研究.pdf

1、移動自組織網絡（MANFTs Mobile Ad hoc Networks）是由一組移動節(jié)點（MNMobile Node）構成的無線網絡，移動節(jié)點可以相互通信并且可以在網絡內自由移動，一條路由可能由節(jié)點間多跳無線鏈路構成，而無需基站的支持。每個移動節(jié)點既是通信終端同時又要充當路山器。由于它不需要先期部署的基站等基礎設施的支持，不依賴于任何固定的網絡設施，能夠方便快捷地部署，是具有靈活的體系結構，高度動態(tài)的無線網絡，可以為用戶提供便捷、自

2、由的通信服務，尤其是在應急、救災、野外作業(yè)和軍事等場合，這種通信方式的優(yōu)越性將是不可替代的。
　　 本論文以MANET網絡組密鑰管理技術作為主要研究內容。由于MANET網絡無中心、節(jié)點自由移動、動態(tài)拓撲、節(jié)點能量有限等特性，使得MANET網絡的組密鑰管理技術和傳統網絡迥然不同。本文將MANET網絡的拓撲優(yōu)化以及組密鑰管理融合在一起，提出創(chuàng)新的基于底層拓撲結構的組密鑰管理體系。本文出底層拓撲算法開始，沿著拓撲優(yōu)化、組密鑰管理算法、

3、組密鑰管理優(yōu)化、拓撲優(yōu)化與組密鑰管理結合、系統仿真的路線，進行細致認真的研究與理論分析；同時我們搭建出一個基于Windows平臺的NS-2環(huán)境的專門仿真系統，提供一個系統化仿真實驗流程，對各種新的解決方案進行綜合仿真分析，最終提出通信消耗較優(yōu)的、完整、可行、可靠的MANET網絡組密鑰管理體系結構及相關組密鑰管理算法。主要內容和創(chuàng)新點包括：
　　 1、綜述了組密鑰管理與協商技術的研究現狀：傳統網絡根據組密鑰管理體系結構的不同，分為

4、集中式組密鑰管理、分布式組密鑰管理和分散式組密鑰管理。現有的組密鑰管理方案，性能各不相同，其中通信開銷、計算開銷以及生成密鑰的時間開銷是主要的性能指標。針對MANET網絡特殊的環(huán)境，研究者就組密鑰生成、更新、存儲以及一致性等問題提出了解決方案，這些方案各有特點，但都還沒有達到實用化的程度。MANET網絡中節(jié)點的計算能力各不相同，針對這一特性，本論文提出一種新的分御式組密鑰生成算法STC（最小時間算法），用于為MANET網絡所有節(jié)點初始化

5、一個共享的密鑰。仿真結果表明，STC將比已有算法縮短密鑰的生成時間。同時，我們提出了一種新的組密鑰更新協議，用于選擇新加入節(jié)點在密鑰樹中的位置，仿真結果表明按此協議進行組密鑰更新將減少時間開銷。
　　 2、研究了MANET網絡虛擬骨干網分簇結構在組密鑰管理體系中的應用：分簇結構是一種MANET網絡虛擬骨干網技術，網絡中移動節(jié)點被分為骨干節(jié)點和葉子節(jié)點，骨干節(jié)點負責路由的計算和維護，并協助葉子節(jié)點完成通信?？梢岳梅执亟Y構的特點，

6、提出適合MANET網絡的組密鑰管理方法。論文對MANET網絡的分簇結構進行了深入研究，陳述了分簇結構對于MANET網絡實用化的意義，并且列舉了幾種經典的形成分簇結構的算法。證明基于虛擬骨干網分簇結構的組密鑰管理體系將降低密鑰更新和分發(fā)的通信開銷，可擴展性較好。為基于虛擬骨干網分簇結構的組密鑰管理體系的研究奠定了基礎。
　　 3、研究并設計了基于MANET二層虛擬骨干網結構的組密鑰管理體系：分析對比了各種組密鑰管理方式應用于虛擬骨

7、干網的工作性能，設計了基于MANET二層虛擬骨干網的組密鑰管理體系和組密鑰管理的執(zhí)行過程，分析了組密鑰更新時網絡中密鑰的分發(fā)數量。相對不同的網絡環(huán)境和期望，各種組密鑰管理方式具有各自的優(yōu)點，在選取了一種已被廣泛應用并且是行之有效的分布式和集中式相結合的組密鑰管理方式的基礎上，為了減少組密鑰更新時的通信開銷，論文對形成虛擬骨干網時節(jié)點的分布情況作了討論，從而提出了改進虛擬骨干網分簇算法的思想，并且進行了仿真證明。
　　 4、對基于

8、MANET三層虛擬骨干網結構的組密鑰管理體系進行了分析研究：提出了適用于MANET三層虛擬骨干網結構的三級組密鑰管理框架，進一步優(yōu)化了組密鑰生成時網關節(jié)點的通信代價。分析了適合于三級組密鑰管理框架的密鑰管理機制為：分布-集中-集中式，分布-分布-集中式。同時，給出了兩種機制可能的應用趨勢。相同條件下，對兩級組密鑰管理與三級組密鑰管理在網絡動態(tài)環(huán)境下密鑰更新的通信代價進行了比較，三級以犧牲高一級節(jié)點選舉的復雜算法獲取了良好的通信代價；