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基于智能合约的无线Mesh网络安全架构

计算机工程 2019年第11期45卷 16-23,31页

作者：张彬广晖陈熹数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001 郑州大学体育学院郑州450044

针对无线Mesh网络安全性,结合区块链技术,提出基于智能合约的安全架构(SCSA)。在Mesh路由器节点上建立区块链,部署3类智能合约对节点公钥进行分级管理,通过这3类智能合约实现节点公钥更新与撤销以及用户访问认证,同时采用椭圆曲线Diffie... 详细信息

针对无线Mesh网络安全性,结合区块链技术,提出基于智能合约的安全架构(SCSA)。在Mesh路由器节点上建立区块链,部署3类智能合约对节点公钥进行分级管理,通过这3类智能合约实现节点公钥更新与撤销以及用户访问认证,同时采用椭圆曲线Diffie-Hellman和对称加密实现节点间的安全通信。实验结果表明,SCSA可有效抵抗克隆或伪造节点攻击、密钥泄露攻击及拒绝服务攻击,同时保证了网络通信的安全性和高效性。

关键词：无线Mesh网络区块链智能合约密钥管理认证椭圆曲线Diffie-Hellman

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基于流请求的软件定义网络负载优化问题研究

基于流请求的软件定义网络负载优化问题研究

作者：王莅晟战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

随着互联网行业的高速发展以及依托互联网的相关行业的快速兴起,传统网络的TCP/IP架构越来越难以适应网络发展的需求。软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)作为一种新型的网络体系架构,通过解耦数据平面与控制平面,解决了传... 详细信息

随着互联网行业的高速发展以及依托互联网的相关行业的快速兴起,传统网络的TCP/IP架构越来越难以适应网络发展的需求。软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)作为一种新型的网络体系架构,通过解耦数据平面与控制平面,解决了传统网络结构僵化、管理配置困难的问题。随着网络规模的不断扩大和流请求数量的不断增多,部分设备超载、部分设备空载导致的SDN负载问题逐渐成为限制其网络规模进一步扩展的关键因素。以往业界对于SDN负载问题的研究大多集中在控制平面,而忽略了控制链路中同样存在的负载不均衡问题。控制链路是数据平面与控制平面交互的重要通道,控制链路的负载问题会直接影响数据平面的转发性能和控制平面的处理速度。本文以流请求在SDN网络中的处理过程为研究点,注意到在SDN网络的流请求过程中,以下三个方面的研究依然存在不足:(1)在流请求到达SDN网络前,对流请求数目预测准确性的不足,导致无法对于可能出现控制链路超载进行及时预防的问题;(2)SDN数控分离导致OpenFlow代理(OpenFlow Agent,OFA)模块数据处理能力不足,进而造成上行控制链路性能瓶颈问题;(3)SDN中存放流表项的三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)单元由于设计缺陷,流表更新效率较低,进而造成下行控制链路存在流量拥塞问题。本文依托国家重点研发计划项目—“网络空间拟态防御技术机制研究”,把对控制链路负载进行优化设定为研究目标,从SDN网络流量预测、上行控制链路瓶颈、下行控制链路拥塞问题三个方面进行分析和研究,提出相应的优化和改进措施,提升了软件定义网络系统的承载能力。本文的研究工作及主要贡献如下:1.针对SDN中网络数据分布不均、突发性强导致的流量预测困难问题,提出了一种基于机器学习方法的自适应流量预测算法,该算法结合了Oboe系统对于算法参数的自适应调节选择机制与长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)算法对于长相关性数据预测的优势,可以针对时刻变化的网络环境实现自适应的算法参数调节,与现有方法相比提升了至少10%的预测准确性,并提升了算法的适应性。2.针对SDN中控制平面和数据平面之间的控制链路性能受限导致的Packetn传输瓶颈问题,提出了一种自适应的流量均衡算法,利用SDN控制平面拥有全局拓扑和交换机实时状态感知能力的特点,运用阈值对流量均衡起止条件进行控制,通过将每个超载交换机中流量向邻居交换机进行均衡,且每次均衡只进行一跳转发的自适应方法,解决上行控制链路瓶颈问题。与现有方法相比,能够减小33%的上行控制链路负载与50%的Packet-In消息丢包率,且部署开销小。3.针对SDN中数据平面TCAM性能受限导致的流表下发拥塞问题,提出了一种基于流重定向的多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switching,MPLS)算法。该算法利用源节点交换机流重定向和路径交换机下放MPLS标签的方法,占用一部分数据链路带宽来缓解TCAM更新流表速率过慢的问题,同时可以增大系统容量。与现有方法相比,在流表项插入延时不变的情况下减小了20%的链路负载,并增加了30%的系统容量。

关键词：软件定义网络负载优化控制链路流量预测流重定向流表下发

拟态防御建模与应用层体系结构及安全评估方法研究

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拟态防御建模与应用层体系结构及安全评估方法研究

作者：冯峰郑州大学

学位级别：硕士

当今信息技术发展迅猛,网络空间安全问题愈演愈烈,信息系统中的未知漏洞、后门等安全威胁无法消除。传统防御技术必须在有先验知识的前提下才能有效,是“亡羊补牢”式的防御。邬江兴院士提出的网络空间拟态防御(Cyber Mimic Defense,CMD... 详细信息

当今信息技术发展迅猛,网络空间安全问题愈演愈烈,信息系统中的未知漏洞、后门等安全威胁无法消除。传统防御技术必须在有先验知识的前提下才能有效,是“亡羊补牢”式的防御。邬江兴院士提出的网络空间拟态防御(Cyber Mimic Defense,CMD)是国内首创的“改变游戏规则”的革命性防御技术。CMD以动态异构冗余(Dynamic Heterogeneous Redundancy,DHR)架构为核心。应用CMD机制的信息系统具有内生的高安全性和高可靠性,能够应对基于未知漏洞后门的安全威胁,有效抵御攻击者的攻击行为。目前,拟态防御作为全新的防御技术,理论体系和具体应用还存在着诸多问题有待深入研究,论文针对拟态防御理论模型和应用展开研究。完成的主要工作如下:1)提出了一种网络空间拟态防御理论模型CMD理论目前还未建立起一个被普遍接受的数学模型。因此,本文提出了一种大数卷积拟态防御(Large Number Convolutional Mimic Defense,LNCMD)数学模型。首先,引入了LNCMD模型所依赖的数学知识。然后,给出了LNCMD模型的框架、组件及规则,LNCMD模型以模型组件为基础,在逻辑上将拟态防御系统内部分成三层。最后,详细阐述了LNCMD模型三个层的工作机制。本文在专门设计的仿真环境中对LNCMD模型进行仿真实验,并对仿真实验的结果进行了分析与评估,表明了LNCMD模型是一个直观的、专用的拟态防御数学模型,它能把网络空间攻防博弈问题转换成对应的数学问题。2)提出了基于功能切片的拟态防御体系结构及安全等级评估方法目前,对CMD机制的实现都着眼于系统全栈化,存在实现复杂度大与实现成本高等问题。由于应用层具有可控性,有利于引入该机制。因此,在应用层上通过对业务功能进行分割切片,再引入DHR架构,本文构建了基于功能切片的拟态防御体系结构。同时,提出了一种拟态防御安全等级评估方法,并用此方法对本文提出的体系结构进行了分析评估。最后通过实验验证了该体系结构的可行性和安全性。

关键词：拟态防御动态异构冗余建模数学模型体系结构安全等级

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一种基于拟态安全防御的DNS框架设计

电子学报 2017年第11期45卷 2705-2714页

作者：王禛鹏扈红超程国振国家数字交换系统工程技术研究中心(NDSC) 河南郑州450003

目前针对DNS服务器的恶意攻击频发,如DNS缓存投毒攻击,而DNS安全拓展协议(DNSSEC)在大规模部署时仍面临许多难题.本文提出一种简单易部署的,具有入侵容忍能力的主动防御架构——拟态DNS(Mimic DNS,M-DNS)——保证DNS安全.该架构由选调... 详细信息

目前针对DNS服务器的恶意攻击频发,如DNS缓存投毒攻击,而DNS安全拓展协议(DNSSEC)在大规模部署时仍面临许多难题.本文提出一种简单易部署的,具有入侵容忍能力的主动防御架构——拟态DNS(Mimic DNS,M-DNS)——保证DNS安全.该架构由选调器和包含多个异构DNS服务器的服务器池组成.首先选调器动态选取若干服务器并行处理请求,然后对各服务器的处理结果采用投票机制决定最终的有效响应.实验仿真表明,相比当前传统架构,M-DNS可以降低缓存投毒攻击成功率约10个数量级.

关键词： DNS DNS缓存投毒攻击拟态安全防御动态异构冗余

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基于拟态防御的文件保护方法及对抗测试

基于拟态防御的文件保护方法及对抗测试

作者：李超洋郑州大学

学位级别：硕士

在当今信息高速运转的时代,网络信息尤为关键,其安全性也成为人们所关注的焦点。文件作为网络信息的重要载体,对其进行安全防护越来越受到人们的重视。随着信息技术的发展,大文件经常被用来传输海量信息,在诸多场合下都得到了应用。大... 详细信息

在当今信息高速运转的时代,网络信息尤为关键,其安全性也成为人们所关注的焦点。文件作为网络信息的重要载体,对其进行安全防护越来越受到人们的重视。随着信息技术的发展,大文件经常被用来传输海量信息,在诸多场合下都得到了应用。大文件不仅体积较大而且所包含敏感数据也较多,因此,研究如何对其进行高速处理和存储的同时又能进行高安全的防护具有十分重要的意义。2013年邬江兴院士提出了高效能计算机体系结构的计算机—拟态计算机,拟态计算机通过变结构计算可以高效能的完成计算任务。随后邬江兴院士又提出了“改变游戏规则”的网络空间拟态防御(Cyber Mimic Defense,CMD)技术,动态异构冗余(Dynamic Heterogeneous Redundancy,DHR)架构是CMD的核心结构,CMD改变了网络空间攻防博弈中防御者的被动局面,让攻击者摸不清CMD系统的内部结构,即使有未知漏洞后门的存在也无从下手。为了满足大文件处理的高性能需求,本文引入了拟态计算机作为大文件的处理载体。本文详细介绍了拟态计算机针对大文件处理的关键技术,并给出了基于拟态计算机的大文件处理体系实现。为了满足大文件在高安全防护上的需求,提出了基于拟态防御技术的文件保护方法。首先,对大文件进行异构冗余的加密存储;然后,在收到客户对大文件的网络请求时,将这些冗余的大文件分别解密并对解密后的冗余大文件进行哈希运算提取指纹;最后,在裁决环节完成哈希指纹比对,如果存在被攻击者恶意篡改的大文件,系统将发现篡改并提供正常的大文件响应给客户。结合拟态计算机对大文件处理的高效性和拟态防御的文件保护方法的高安全性,本文构建了基于拟态防御的大文件保护体系结构,建立大文件处理和保护机制,在确保高安全性的同时兼顾了高性能需求。本文在所提出的体系结构下进行了实验测试与分析。首先对大文件的传输性能、加密性能、哈希运算性能进行实验测试,实验结果表明文件传输时间均小于1s,传输速率大于4000Mbps,AES加密算法实现频率为200Mhz,性能方面超过15亿个/s,远远高于其它AES算法实现,在SHA-256算法实现中,本文频率达到260MHz,吞吐量为133.120Gbps,实现性能远高于其它实现方法,验证了大文件在拟态计算机处理下的高效性。然后以密钥破解的方式进行对抗实验测试,验证了大文件在本文所提出的文件保护方法下具有高安全性。

关键词：拟态计算机拟态防御大文件动态异构冗余高性能

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面向工控领域的拟态安全处理机架构

信息安全学报 2017年第1期2卷 54-73页

作者：魏帅于洪顾泽宇张兴明国家数字交换系统工程技术研究中心郑州中国450002

近年来,针对工控系统的攻击越来越多,工业控制系统应用大多涉及国计民生,其安全问题不容忽视。我国工控系统中现场PLC、终端、RTU等控制设备大部分使用国外的控制组件,对于未知的逻辑炸弹和后门基本没有安全防护能力。为此,本文以拟态... 详细信息

近年来,针对工控系统的攻击越来越多,工业控制系统应用大多涉及国计民生,其安全问题不容忽视。我国工控系统中现场PLC、终端、RTU等控制设备大部分使用国外的控制组件,对于未知的逻辑炸弹和后门基本没有安全防护能力。为此,本文以拟态技术为基础,提出了一种通用的拟态安全处理机架构,采用基于状态保存的两步清洗技术和高可靠判决策略,使得符合该架构规范的应用程序均能借助拟态处理架构防护操作系统、处理机和外围器件可能出现已知或未知的后门/漏洞,最后的仿真验证结果验证了该系统可以有效地抵御多种类型的攻击。

关键词：拟念安全工业控制处理机清洗和判决方法

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基于拟态防御的数据保护安全架构研究

基于拟态防御的数据保护安全架构研究

作者：樊永文郑州大学

学位级别：硕士

在信息化时代背景下,随着互联网技术的高速发展,数据安全问题显得越发重要。而保护数据存储的载体——数据库服务器系统对外提供数据服务的安全性,成为了解决数据安全问题的重要途径。因此,现有防御技术也一般对数据库服务器系统和其网... 详细信息

在信息化时代背景下,随着互联网技术的高速发展,数据安全问题显得越发重要。而保护数据存储的载体——数据库服务器系统对外提供数据服务的安全性,成为了解决数据安全问题的重要途径。因此,现有防御技术也一般对数据库服务器系统和其网络环境部署一些安全策略,以及通过对网络传输的数据采取加密传输等方式来提升数据服务的安全性。虽然,这些防御方法能够在一定程度上提升数据服务的安全性。但是,它们在面对数据库服务器系统内部的未知漏洞与后门等安全威胁时,显得力不从心。为此,基于拟态防御的思想提出了具有动态、异构和随机等特性的新架构——拟态数据保护安全架构(Mimic Data Protection,MDP),用以应对这些未知的安全威胁。首先,从数据异构、数据冗余和数据一致性的角度出发构造异构冗余的数据库服务器、备份服务器和加\解密中心等执行体资源池;然后,利用具有策略调度器、控制器、输入代理、输出代理和裁决器等功能模块组成的拟态控制层,实现对异构冗余执行体的动态调度和输出结果的归一化或表决处理,从而达到增加攻击成功代价的目的。仿真实验结果证实:与非拟态架构相比,具有动态变化和随机多样性等防御特性的新型拟态数据保护安全架构具有更高的数据服务安全性。

关键词：数据安全拟态防御异构冗余随机性动态调度

基于自动机理论的网络攻防模型与安全性能分析

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信息安全学报 2016年第4期1卷 29-39页

作者：郭威邬江兴张帆沈剑良国家数字交换系统工程技术研究中心郑州中国450002

针对当前自动机模型对系统状态表达不完整,单一视角建模无法满足网络攻防行为刻画需求的问题,本文提出一种视角可变的变焦有限自动机(Zooming Finite Automata,ZFA)结构。ZFA使用完整的参量集合取值对状态进行标示,设置观测系数增强模... 详细信息

针对当前自动机模型对系统状态表达不完整,单一视角建模无法满足网络攻防行为刻画需求的问题,本文提出一种视角可变的变焦有限自动机(Zooming Finite Automata,ZFA)结构。ZFA使用完整的参量集合取值对状态进行标示,设置观测系数增强模型对于多角度分析系统行为过程的能力。结合ZFA结构给出了网络攻防模型和安全性能分析方法,分析揭示了传统安全手段的天然劣势以及移动目标防御技术的局限性。最后,讨论了网络空间拟态防御(Cyberspace Mimic Defense,CMD)技术中核心部件——异构执行体的实现结构,从理论上证明了构建"多参数"不确定性可获得超线性增益。

关键词：网络空间安全自动机变焦攻防模型安全性能网络空间拟态防御多参数不确定性

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RGC码：流量容量两相宜

科技纵览 2017年第9期 54-55页

作者：李挥侯韩旭祁小玉北京大学信息工程学院东莞理工学院

北京大学深圳研究生院深圳市信息论与未来网络体系重点实验室提出了可以大幅降低存储编码计算复杂度的两种再生码的编码方法，实现了以简单的编解码方式获得最快速的再生码编解码速度，以及最优的数据修复带宽流量或者最优的存储空间冗... 详细信息

北京大学深圳研究生院深圳市信息论与未来网络体系重点实验室提出了可以大幅降低存储编码计算复杂度的两种再生码的编码方法，实现了以简单的编解码方式获得最快速的再生码编解码速度，以及最优的数据修复带宽流量或者最优的存储空间冗余度。

关键词：流量 RGC 容量编码方法存储空间计算复杂度重点实验室网络体系