空间群组密钥管理研究——基于自主的深空DTN密钥管理

本书以密钥学基础、安全协议和可证明性安全为理论基础，从加密解密算法、密钥协商协议、单播/组播密钥管理协议和身份认证协议4个方面展开深入研究，取得了一系列成果。

密钥管理是深空DIN安全研究不可或缺的内容，为身份认证、安全接入、安全信道建立和密钥协商等安全协议提供技术基础。由于地面无线网络密钥管理建立在可靠端到端连接、较短延时和同步性等假设基础上，因此将地面无线网络的密钥管理应用于深空网络具有不可避免的先天缺陷。从这一点出发，研究适合深空DTN的密钥管理具有十分重要的理论和实践意义。本书以密钥学基础、安全协议和可证明性安全为理论基础，从加密解密算法、密钥协商协议、单播/组播密钥管理协议和身份认证协议4个方面展开深入研究。
本书适合相关科学工作者和工程技术人员参考使用。

周健 ---------------------------- 周健，毕业于北京科技大学计算机与通信学院，获通信信息系统工学博士，曾入北京邮电大学计算机学院博士后站点，现任安徽财经大学 管理科学与工程学院电子信息工程系系主任副教授，硕士生导师。主要研究方向：复杂网络系统决策、商务智能和数据挖掘。主持国家自然科学基金项目、安徽省自然科学基金项目各1项，发表学术论文30余篇。 孙丽艳 ---------------------------- 孙丽艳，博士，副教授，研究生导师，安徽财经大学。主要研究方向：生态经济、安全管理、技术创新等。主持国家自然科学基金项目1项，主持安徽省自然科学基金项目1项、安徽省教育厅人文社科重点项目1项、安徽省哲学社会科学规划项目1项，发表论文20余篇。

第1章 研究背景 1
1.1 研究意义 2
1.2 研究内容及主要创新点 14
1.3 本书的组织与安排 18
第2章 绪论 21
2.1 深空DTN安全研究现状 22
2.1.1 安全结构 23
2.1.2 数据完整性和私密性 25
2.1.3 身份认证 25
2.1.4 路由与多播安全 27
2.1.5 密钥管理 28
2.2 群组密钥管理研究现状 29
2.2.1 密钥交互协议 30
2.2.2 群组密钥操作 31
2.2.3 密钥管理性能指标 32
2.2.4 集中式密钥管理 37
2.2.5 非集中式密钥管理 46
2.2.6 分布式密钥管理 51
2.3 现有研究存在的问题 60
2.4 总结 64
第3章 基于自主的深空DTN安全体系结构研究 65
3.1 自主星上处理能力 66
3.2 深空DTN密钥管理性能需求 67
3.3 基于自主的密钥管理属性 69
3.4 基于自主的深空DTN安全体系结构 73
3.5 加密/解密模型 77
3.5.1 单加密密钥单解密密钥加密/解密模型 77
3.5.2 单加密密钥多解密密钥加密/解密模型 78
3.6 密钥更新模型 80
3.6.1 单加密密钥单解密密钥更新模型 80
3.6.2 单加密密钥多解密密钥更新模型 81
3.6.3 独立单加密密钥多解密密钥更新模型 83
3.6.4 自主单加密密钥多解密密钥更新模型 86
3.6.5 IOMRM和AOMRM比较 87
3.7 总结 90
第4章 基于独立的深空DTN密钥管理研究 91
4.1 引言 92
4.2 预备知识 92
4.2.1 双线性对 92
4.2.2 门限密钥 93
4.2.3 共享秘密乘积 94
4.3 IKMS-DSDTN协议设计 95
4.3.1 IKMS-DSDTN协议初始化 95
4.3.2 IKMS-DSDTN加密阶段 97
4.3.3 IKMS-DSDTN解密阶段 98
4.3.4 IKMS-DSDTN密钥更新阶段 98
4.4 IKMS-DSDTN安全性分析 101
4.4.1 正确性分析 101
4.4.2 被动安全性 102
4.4.3 合谋攻击 104
4.4.4 前向和后向安全性 106
4.5 IKMS-DSDTN效率分析 107
4.5.1 通信开销 107
4.5.2 计算开销 107
4.5.3 更新效率 108
4.5.4 可扩展性 109
4.5.5 自保护性 110
4.6 总结 110
第5章 基于自主的深空DTN密钥管理研究 113
5.1 基于自主的深空DTN密钥管理协议 114
5.1.1 AKMSN协议设计 114
5.1.2 AKMSN安全性分析 120
5.1.3 AKMSN效率分析 126
5.1.4 AKMSN自主性分析 129
5.1.5 AKMSN性能比较 131
5.2 基于自主的深空DTN组播密钥管理方案 134
5.2.1 AOGKM逻辑密钥树 134
5.2.2 AOGKM密钥加入操作 136
5.2.3 AOGKM密钥退出操作 138
5.2.4 AOGKM性能分析 139
5.2.5 AOGKM自主性 142
5.3 基于自组织的深空DTN密钥协商协议 143
5.3.1 SKAPDSN设计 144
5.3.2 SKAPDSN密钥合并操作 146
5.3.3 SKAPDSN密钥分裂操作 149
5.3.4 SKAPDSN解密正确性 151
5.3.5 SKAPDSN被动安全性 152
5.3.6 SKAPDSN前向和后向安全性 153
5.3.7 SKAPDSN密钥独立性 154
5.3.8 SKAPDSN性能分析 155
5.4 AKMSN、AOGKM和SKAPDSN比较 157
5.5 基于IOMRM和AOMRM的深空DTN异构密钥管理架构 159
5.6 总结 162
第6章 半诚实环境中深空DTN实体认证研究 163
6.1 引言 164
6.2 实体认证协议 165
6.3 ASCEAM 167
6.4 SCBEAP 169
6.5 SCMEAP 171
6.5.1 SCMEAP设计 171
6.5.2 SCMEAP安全性证明 172
6.5.3 SCMEAP性能分析 177
6.6 抵御存储转发自私行为 178
6.7 总结 180
第7章 自主密钥协议可抵御自适应选择密文攻击研究 181
7.1 引言 182
7.2 KAPAACCA设计 182
7.2.1 KAPAACCA密钥生成过程 182
7.2.2 KAPAACCA加密过程 183
7.2.3 KAPAACCA解密过程 184
7.3 KAPAACCA安全性分析 185
7.3.1 KAPAACCA正确性 185
7.3.2 KAPAACCA私密性 186
7.3.3 自适应选择密文攻击 187
7.4 KAPAACCA性能分析 191
7.4.1 存储开销 191
7.4.2 通信开销 192
7.4.3 计算开销 192
7.4.4 更新开销 192
7.5 总结 193
第8章 结论 195
参考文献 201