基于无线网络编码的安全技术研究

作     者：李友朋 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张大方

授予年度：2015年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：网络编码 安全性 窃听攻击 污染攻击 

摘      要：网络编码理论是近年来通信领域的重大突破,是一种能够提升网络性能的新型路由技术。相比于传统的路由技术,网络编码的精髓在于网络中继节点不仅仅只对接收到的信息进行简单的存储转发,而且具备了对接收到的数据进行融合处理的能力。由于网络编码具有提升网络的传输容量及鲁棒性等方面的诸多优势,因此成为了当前网络研究领域的一个重要研究方向。此外,由于网络编码的组播特性以及无线网络环境的广播特性,使得网络编码天然地适用于无线网络的信息传输,因此将网络编码与无线网络进行结合的研究更是成为了关注的焦点。由于无线网络的开放信道环境,使得网络非常容易遭受各种安全威胁。本论文主要考虑基于无线网络编码技术的安全性问题的研究。目前在无线网络编码中主要面临的两种典型的威胁分为窃听攻击和污染攻击。窃听攻击指的是网络中存在的窃听者企图通过直接截取或者对从网络中窃取到的加密信息进行解密的方式,来获得信源发送给信宿的有价值的信息。污染攻击指的是攻击者企图通过向网络中注入伪造的数据包或者篡改网络中传输的数据包的方式,达到让信宿无法通过对接收到的数据进行成功的解码来破坏网络正常通信的目的。为了提供可靠的网络通信,如何应对无线网络编码中存在的安全问题就变得尤为重要。本论文首先全面系统地介绍了网络编码的基本理论;然后对线性网络编码理论进行了详细的阐述,特别是适用于无线网络编码的随机线性网络编码方式;接下来对无线网络编码中存在的两种攻击模型及其解决方案进行了介绍;之后针对无线网络编码中存在的窃听攻击问题,提出了一种基于网络编码的防窃听的安全双向传输机制。该机制通过结合网络编码本身具有的理论安全特性和基于满足特定安全条件的转发节点的选取,可以实现零加密的防窃听能力。针对无线网络编码中存在的污染攻击问题,提出了一种多标签的安全网络编码机制。该机制通过设定标签数量值N,不仅可以验证污染数据包,还可以灵活地调整N的大小来调整数据包验证的安全强度。对提出的两种无线网络编码解决方案都给出了安全性的理论证明和计算开销的性能分析。结果证明本文提出的两种方案不仅能够提供较高的安全性,而且开销性能较已有的方案更优,因此非常适用于应对无线网络编码中存在的安全问题。