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抗污染攻击的安全网络编码算法研究

抗污染攻击的安全网络编码算法研究

作者：吕盼成重庆邮电大学

学位级别：硕士

网络编码技术允许网络中的节点参与编译码处理,利用中间节点对数据进行编码和压缩处理,可以使多播网络的信息传输容量达到最大流最小割的理论上界,从而提高网络吞吐量,改善信道负载均衡。然而,现实网络环境中的安全性问题严重制约着网... 详细信息

网络编码技术允许网络中的节点参与编译码处理,利用中间节点对数据进行编码和压缩处理,可以使多播网络的信息传输容量达到最大流最小割的理论上界,从而提高网络吞吐量,改善信道负载均衡。然而,现实网络环境中的安全性问题严重制约着网络编码技术的应用与发展。由于中间节点参与数据编译码操作,攻击者只需篡改少量数据包的内容产生污染数据包,就可能污染到整个网络的所有合法数据包,导致目的节点不能译码得到正确的原始消息。所以研究安全网络编码技术是网络编码能够运用到现实网络中的前提和保证。本文主要以安全网络编码研究为核心,详细介绍了网络编码技术的研究背景和优势、污染攻击的特点以及安全网络编码研究现状和典型传输方案。在此基础上提出两种抗污染攻击的安全网络编码传输方案,从而提高网络的安全性和改善网络吞吐量等。论文完成的具体工作如下:第一,针对ASNC方案中中间节点对收到所有编码包进行验证浪费网络资源和目的节点解码速率慢等问题进行研究,提出一种高效自适应的抗污染攻击网络编码传输方案-EANC。EANC方案在数据分组编码阶段,利用网络编码的时间和空间特性构造的线性子空间签名方案准确的验证数据分组是否合法从而有效控制污染数据分组的传播,并且使中间节点调整验证步骤使之自适应与当前网络的污染程度,从而提高验证效率;在目的节点解码阶段,EANC方案利用目的节点重传恢复机制降低解码恢复时延。理论分析和仿真结果表明,EANC方案能够减少网络编码的签名长度并且降低目的节点解码恢复的平均时延。第二,针对KEPTE方案中会遭到攻击者的代间污染攻击、签名验证效率低和秘钥分发过程浪费网络带宽等问题,提出一种基于标签签名的安全网络编码传输方案-TESNC。TESNC方案在签名阶段,利用代标识符来区分不同数据代,而且参与签名过程,增强签名的安全性;并提出效验值验证,节点在验证编码包合法性过程中,先验证效验值的正确性,只有效验值正确才对签名进行验证,否则直接丢弃。提高节点验证编码包的合法性的验证效率。以及将秘钥分发过程交由源节点进行,在网络初始化阶段,源节点将秘钥分发给中间节点,减少了网络系统开销。理论分析和仿真结果表明,TESNC方案与KEPTE方案、HMNC方案相比,能提高平均端到端时延、验证成功率。最后,对全文进行总结,并给出了安全网络编码传输方案的进一步研究工作方向。

关键词：网络编码污染攻击信息安全自适应验证标签签名

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安全网络编码抵抗污染攻击研究

安全网络编码抵抗污染攻击研究

作者：罗晓晴福建师范大学

学位级别：硕士

近年来,随着无线网络通信的广泛应用,越来越多的研究人员对信息安全和信息高效传输的要求也日益增加。网络编码首次将编码技术和路由技术有机结合,创建成一种新的网络体系结构,理论上能使组播网络容量达到网络容量上限成为可能。研究表... 详细信息

近年来,随着无线网络通信的广泛应用,越来越多的研究人员对信息安全和信息高效传输的要求也日益增加。网络编码首次将编码技术和路由技术有机结合,创建成一种新的网络体系结构,理论上能使组播网络容量达到网络容量上限成为可能。研究表明,网络编码不仅能提高网络传输的吞吐量、改善网络链路的负载均衡性,还能减少网络节点的能量消耗、提高网络链接的鲁棒性。尽管网络编码潜在地提高了网络的吞吐量,但是由于网络编码允许中间节点参与编译码,因此可能会发生内部恶意中间节点或者外部攻击者添加垃圾消息,污染整个网络,导致目的节点无法正确译码。本文针对网络编码中存在的安全问题进行研究,利用网络编码与认证技术,网络编码与CRC编码技术相结合的方法,设计几种安全有效地抵抗网络中污染攻击的方案。在本文方案中,不管是内部恶意节点篡改的消息,还是外部攻击者添加的垃圾消息,检测节点（包括目的节点）都可以根据设计的方案检测出来。本文的具体研究和工作包括如下几个方面:1.利用线性网络编码与认证技术相结合,提出一种可有效地抵抗污染攻击的认证码方案。该方案由可信中心利用中国剩余定理解同余式组产生的唯一解作为信源私钥并进行密钥分发,允许除目的节点外的中间节点不需要解码就能利用自己的私钥对接收的消息的来源和完整性进行认证。最后,从计算代价和存储代价两方面分析该方案的有效性。2.利用随机线性网络编码与CRC编码技术相结合,提出一种在无线双向通信中基于 CRC-NC（Cyclic Redundancy Check-Network Coding）抵抗污染攻击方案。在无线双向通信网络中,该方案通过结合网络编码和循环冗余校验码技术,对接收到的消息计算其汉明重量进行可信度检测,能有效地降低目的节点解码误码率,并抵抗污染攻击。仿真结果表明,与基于随机选取方案和加密方案相比,能有效的降低节点解码差错概率。3.利用随机线性网络编码与认证编码技术相结合的方法设计一种抵抗污染攻击的方案。该方案利用置换函数与克罗内克函数产生密钥,计算密钥的行列式作为检测节点的私钥,设计标签。通过证明与理论分析,该方案满足正确性和安全性。最后,与基于中国剩余定理计算标签的认证方案相比,该方案降低了计算复杂度,满足高效性。

关键词：网络编码污染攻击循环冗余校验编码认证编码中国剩余定理无线通信

无线网络编码系统中抵御污染攻击的统一的资源分配框架

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无线网络编码系统中抵御污染攻击的统一的资源分配框架

作者：仝伟南京大学

学位级别：硕士

无线网络编码系统可以极大的提高无线网络的带宽利用率。然而,一种名为污染攻击的攻击可以对无线网络编码系统造成极大的破坏,从而影响到网络编码系统在实际部署中的可行性。已经有很多的方法被提出来防御网络编码系统中存在的污染攻击... 详细信息

无线网络编码系统可以极大的提高无线网络的带宽利用率。然而,一种名为污染攻击的攻击可以对无线网络编码系统造成极大的破坏,从而影响到网络编码系统在实际部署中的可行性。已经有很多的方法被提出来防御网络编码系统中存在的污染攻击。但是,当前已有的方法都假设防御者有足够多的资源来进行污染攻击的防御。但在现实情况下,防御者的资源往往是有限的,而以往的方法并没有为防御者应该如何分配其有限的资源从而达到更好的防御效果提供相应的信息。本文考虑了防御者资源受限的情况,研究并为防御者抵抗污染攻击提出了一种统一资源分配框架。本文首先提出了一个针对单阶段传输的污染攻击防御的资源分配方法。本文利用一个双人的策略博弈来刻画防御者和攻击者之间的行为交互。在这个模型下,提出了相应了算法来寻找防御者的最佳策略。紧接着,本文将这个资源分配问题扩展到多阶段传输的情形,并且通过提出一个扩展性的博弈模型以及一个扩展算法来解决多阶段传输中污染攻击防御的资源分配问题。另外,作为扩展算法的一部分,本文还提出了一个基于部分节点信息的恶意节点识别机制。最后,本文进行了大量的实验来评估提出的框架。实验结果表明本文提出的方法能够显著的提升防御者的资源分配效果。并且所提出的资源分配方案的计算时间也是合理的。

关键词：无线网络编码污染攻击资源分配博弈论

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基于鲁棒网络的抗污染攻击安全网络编码研究

基于鲁棒网络的抗污染攻击安全网络编码研究

作者：黄成华中科技大学

学位级别：硕士

网络编码是一种新兴的融合了路由和编码的信息交换技术，可使多播网络的信息传输速率达到最大流—最小割定理规定的最大流上界。网络编码的编码操作在提高网络吞吐量的同时也使得网络编码在污染攻击下非常脆弱，任一被恶意修改的数据经... 详细信息

网络编码是一种新兴的融合了路由和编码的信息交换技术，可使多播网络的信息传输速率达到最大流—最小割定理规定的最大流上界。网络编码的编码操作在提高网络吞吐量的同时也使得网络编码在污染攻击下非常脆弱，任一被恶意修改的数据经中间节点的编码融合后将产生污染数据，下游节点对污染数据若不加检测而直接将其用于新一轮编码将导致污染数据蔓延，甚至使整个网络陷入瘫痪。针对网络编码存在的污染攻击问题，首先提出构建鲁棒的网络拓扑来增强网络编码的抗污染攻击能力，通过适当的冗余设计提高网络在面对节点失效和污染攻击时信息传输的成功率。在研究已有的鲁棒网络模型的基础上，给出鲁棒网络的判定方法，提出适合网络编码的鲁棒网络构造方案。其次对网络编码抗污染攻击的方案进行研究，分别讨论基于线性空间签名机制和基于冗余验证的信息理论策略检测网络编码中污染攻击的方案，改进基于冗余验证的信息理论方案的污染攻击检测算法，对比分析两种方案在不同文件大小和数据分块大小情况下的计算开销，在鲁棒网络的基础上提出一种基于线性空间签名机制并采用信息理论策略的抗污染攻击的安全网络编码组合方案。通过理论和仿真实验证明了鲁棒网络在抵抗污染攻击时的有效性，并对组合方案的计算开销进行理论分析，表明该方案一定程度上可以有效减小污染检测的计算开销。

关键词：鲁棒网络污染攻击安全网络编码

抗污染攻击的UC安全网络编码方案的研究与设计

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抗污染攻击的UC安全网络编码方案的研究与设计

作者：王爽兰州理工大学

学位级别：硕士

网络编码是信息论领域中信息处理和传输理论研究的一个重大突破。与传统网络的中间节点只复制和传输数据包不一样，网络编码允许在网络的节点上对接收到的信息进行一定形式的编码处理。网络编码理论涉及了多用户信息论、计算机网络、组... 详细信息

网络编码是信息论领域中信息处理和传输理论研究的一个重大突破。与传统网络的中间节点只复制和传输数据包不一样，网络编码允许在网络的节点上对接收到的信息进行一定形式的编码处理。网络编码理论涉及了多用户信息论、计算机网络、组播技术和图论等诸多方面的理论，已成为提高网络吞吐量、鲁棒性和安全性的有效方法。网络编码能够带来多种益处，但是基于网络编码的系统非常容易遭受污染攻击，主要包括两种类型的污染攻击，搭线窃听攻击(被动攻击)和拜占庭攻击(主动攻击)。网络编码允许中间节点在转发数据前对收到的信息进行混合，一旦有数据包被攻击者破坏，受污染的节点进一步影响其他诚实节点。随着对安全、高效的数据通信要求越来越高，对网络编码中污染攻击问题的解决势必越来越重要。本文对安全网络编码理论进行了深入研究，所做的主要工作如下：针对网络编码中存在的窃听和拜占庭污染攻击，以单源多接收节点有向无环网络为模型，提出了一种抗污染攻击的UC安全网络编码方案记为UC-SNCAPA(UC Secure Network Coding Against Pollution Attacks)。UC-SNCAPA方案通过AONT(All-Or-Nothing Transform)块加密实现了对抗窃听攻击，不论窃听了多少条编码信道也得不到任何有意义的信息，利用NCS(Network Coding Signature)同态签名机制防止恶意节点的攻击。 UC-SNCAPA方案首次将通用可复合UC (Universally Composable)安全框架应用到编码方案中，构建了编码环境下的理想函数Fsig，FCPKE，根据编码方案抽象出编码协议π，在(F,F)辅助的混合模型下描述了π，最后证明了π安全实现了编码理想函数F。通过证明，表明该方案具有抵抗窃听攻击和拜占庭攻击的能力。

关键词：网络编码污染攻击 UC安全 AONT NCS1

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一种基于安全网络编码技术的抗污染攻击机制

计算机技术与发展 2016年第7期26卷 94-99页

作者：王海鹏梅中辉南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

文中主要研究在安全网络编码技术中的抗污染问题。由于网络编码会在中间节点生成新的数据包,所以只要注入少量污染数据包就会造成污染扩张,从而造成网络性能下降。所以有必要在中间节点验证网络中是否发生污染攻击,但同时又要减少检验... 详细信息

文中主要研究在安全网络编码技术中的抗污染问题。由于网络编码会在中间节点生成新的数据包,所以只要注入少量污染数据包就会造成污染扩张,从而造成网络性能下降。所以有必要在中间节点验证网络中是否发生污染攻击,但同时又要减少检验所带来的时间延迟。文中提出一种自适应抗污染攻击机制。该机制可以针对污染攻击严重情况来自适应调节中间节点的检测步骤,同时提高了运算效率并降低了验证时延。仿真结果表明,理论结果和实际计算吻合,自适应验证机制的时延相比传统验证机制较小。

关键词：安全网络编码污染攻击自适应验证同态

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抗代间污染攻击的网络编码同态签名方案

计算机技术与发展 2016年第10期26卷 73-76页

作者：李世浩梅中辉南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

由于网络编码极易遭受网络中攻击者对数据包的恶意修改,从而使信宿节点对正确数据包的解码造成影响,如果攻击者不断重发与正确数据无关的恶意信息又会造成网络资源的极大浪费,所以为防止该种污染攻击,提出了一种基于代标识符的网络编码... 详细信息

由于网络编码极易遭受网络中攻击者对数据包的恶意修改,从而使信宿节点对正确数据包的解码造成影响,如果攻击者不断重发与正确数据无关的恶意信息又会造成网络资源的极大浪费,所以为防止该种污染攻击,提出了一种基于代标识符的网络编码同态签名方案。该方案在基于RSA的同态签名方案可防止污染攻击的基础上,通过对每代数据包引入代标识符,从而可进一步防止攻击者的重放攻击。由于方案不需额外安全信道并且采用线性运算,故可降低对节点计算能力的要求及方案安全开销。重点对方案的攻击模式进行了详细分析,并证明了其安全性。最后通过开销分析证明了该方案与基于RSA同态签名方案在开销近似相等的前提下还可有效解决代间污染攻击造成的消息串扰问题。

关键词：网络编码污染攻击同态签名重放攻击

命名数据网络缓存污染攻击检测和防御机制综述

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命名数据网络缓存污染攻击检测和防御机制综述

2018中国信息通信大会(CICC2018)

作者：姚琳李兆洋肖青吴国伟大连理工大学软件学院中国移动物联网有限公司

命名数据网络（Named Data Networking,NDN）是下一代网络架构研究的一个热点,缓存污染攻击（Cache Pollution Attack,CPA）是命名数据网络的主要安全威胁之一,许多研究针对缓存污染攻击提出了检测和防御机制。首先介绍命名数据网络的... 详细信息

命名数据网络（Named Data Networking,NDN）是下一代网络架构研究的一个热点,缓存污染攻击（Cache Pollution Attack,CPA）是命名数据网络的主要安全威胁之一,许多研究针对缓存污染攻击提出了检测和防御机制。首先介绍命名数据网络的背景知识,包括通信过程、路由器的功能和缓存系统;而后讨论攻击者模型、攻击分类和攻击度量;接着对5类缓存污染攻击检测和防御机制进行深入分析和总结;最后讨论了现有研究普遍存在的问题,以及潜在的研究方向。

关键词：缓存安全污染攻击命名数据网络攻击检测

来源： cnki会议评论

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抗污染攻击的安全多源网络编码

兰州交通大学学报 2012年第6期31卷 67-70页

作者：张冰涛王小鹏兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

多源网络编码文件传输过程中易遭受污染攻击,为此提出一种新的安全多源网络编码方案.首先给出多源网络编码签名规则,然后结合基于离散对数问题的安全辅助算法,构建抗污染攻击的安全多源网络编码签名方案,并对其正确性与安全性进行了形... 详细信息

多源网络编码文件传输过程中易遭受污染攻击,为此提出一种新的安全多源网络编码方案.首先给出多源网络编码签名规则,然后结合基于离散对数问题的安全辅助算法,构建抗污染攻击的安全多源网络编码签名方案,并对其正确性与安全性进行了形式化证明,由离散对数问题的困难性保证方案的安全.与其他方案相比,新方案具有签名长度短,安全模型实用性强,计算复杂度低等特点.

关键词：网络编码污染攻击信息安全离散对数问题