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基于LoRaWAN的密钥管理机制设计与实现

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基于LoRaWAN的密钥管理机制设计与实现

作者：许炳相北京邮电大学

学位级别：硕士

随着低功耗广域网（Low-Power Wide-Area Network,LPWAN）的不断发展,网络安全已经成为制约物联网发展的关键因素之一。在目前各种LPWAN中,长距离（Long Range,LoRa）通信系统在安全方面尚存在着诸多问题和潜在的威胁,因此对LoRa系统的... 详细信息

随着低功耗广域网（Low-Power Wide-Area Network,LPWAN）的不断发展,网络安全已经成为制约物联网发展的关键因素之一。在目前各种LPWAN中,长距离（Long Range,LoRa）通信系统在安全方面尚存在着诸多问题和潜在的威胁,因此对LoRa系统的安全问题进行研究具有重要意义。本文设计并实现了基于LoRa广域网（LoRa Wide Area Network,LoRaWAN）协议的改进型密钥管理机制,并且在实际LoRa系统中进行了研究和测试。论文主要研究内容如下:首先,本文对LoRaWAN网络和协议的安全方面进行分析,包括LoRaWAN的安全机制、架构等,指出了 LoRa系统潜在的安全问题。其次,结合上述分析,为增强LoRa系统的安全性,本文设计了基于LoRaWAN的改进型密钥管理机制。该机制以LoRaWAN协议为基础,首先在设备端设计了多级密钥存储策略,同时在服务端设计了密钥分发中心（Key Distribution Center,KDC）和层次化密钥体系,以提升密钥自身安全性;然后,结合LoRaWAN协议特性,设计了密钥更新、密钥销毁和密钥撤销等策略,解决LoRa系统静态会话密钥的安全漏洞;最后,对所提机制进行了开销分析和安全性分析,论证了改进型密钥管理机制可以有效提升系统的抗毁性和密钥安全性。然后,根据所提密钥管理机制的设计,本文实现了基于改进型密钥管理机制的LoRa安全增强系统。首先,搭建了基础LoRa系统,并提出了 LoRa安全增强系统的实现架构;其次,基于Altium Designer设计、实现了包含密钥存储模块的LoRa节点;然后,使用关系型数据库和 API（Application Programming Interface）框架实现了 KDC 多级密钥的存储和分发模块;最后,基于LoRaWAN的MAC层控制命令（MACCommand）,在LoRa系统中实现了密钥更新、撤销和销毁等功能。最后,本文搭建了现场测试环境,对LoRa安全增强系统进行了功能测试和性能测试。功能测试结果表明,LoRa安全增强系统各个模块实现了所提机制的功能设计目标,证明了改进型密钥管理机制的可实现性。性能测试结果表明,与使用传统密钥管理机制的LoRa系统相比,采用了改进型密钥管理机制的LoRa安全增强系统的时延、通信容量和功耗等指标基本相近;同时,在系统抗毁性、密钥安全性、网络前向安全性、后向安全性方面具有更好的性能。

关键词： LoRaWAN 密钥管理机制 LoRa安全增强系统

基于多变量对称多项式的5G群组密钥管理机制研究

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基于多变量对称多项式的5G群组密钥管理机制研究

作者：陈晓晓北京工业大学

学位级别：硕士

第5代(The Fifth Generation,5G)无线网络作为下一代主要的移动互联网,已成为全球研发的热点,而安全更是5G商业化中的重要一环。5G网络是由大量的宏蜂窝、微蜂窝以及用户设备等不同层次的网络元素共同构成的一个多层次和高密度重叠覆盖... 详细信息

第5代(The Fifth Generation,5G)无线网络作为下一代主要的移动互联网,已成为全球研发的热点,而安全更是5G商业化中的重要一环。5G网络是由大量的宏蜂窝、微蜂窝以及用户设备等不同层次的网络元素共同构成的一个多层次和高密度重叠覆盖的异构网络系统。5G网络需要为这些多种不同的异构网络提供高效的、随时随地的网络接入能力,如何在开放的网络环境中进行密钥协商,设计一个能够适应不同的网络接入方式,并满足不同网络需求的通用的网络安全管理机制成为了5G安全机制设计的一大难题。针对这一问题,本文提出了一种5G下的群组密钥管理机制。群组密钥管理广泛应用于物联网中,用于保证群组成员之间的通信安全。本文首先针对几种经典的群组密钥管理方案进行了深入研究,并在网络连通性和抗捕获性能力上对各个群组密钥管理方案进行了对比分析。根据对经典群组密钥管理方案的分析,本文提出了一种5G下的基于多变量对称多项式的群组密钥管理机制。该机制主要应用于5G网络中的物联网场景,根据目前的移动通信网络安全机制进行扩展,将多变量对称多项式群组密钥管理方案与现有的通信安全机制有机的结合起来,使5G网络能够在保证现有的通信安全的基础上更好的满足物联网的安全需求。在这个密钥管理机制中,5G网络中的两个通信节点之间在不需要第三方认证的情况下,能够独立建立通信密钥,通过这种方式有效降低网络的通信开销,降低网络延迟。此外,由于无需第三方认证,该机制具有良好的兼容性,能够在一定程度上满足5G网络对于网络异构融合的特殊要求。在多变量对称多项式中普遍存在安全阈值门限问题,当网络中被捕获的节点大于多变量对称多项式的安全阈值时,攻击方能够通过拉格朗日插值定理重构网络的对称多项式,致使网络变得极为不安全。在本文的最后,针对这一问题提出了一种改进的多变量对称多项式群组密钥改进算法。该方法将概率性密钥与确定性密钥有机的结合,使网络中的通信链路使用不同的多项式进行密钥协商,能够在一定程度上增加通过攻击网络节点重构多变量对称多项式的难度,从而提升网络的抗捕获能力。本文的方案为5G网络的密钥管理机制设计提供了一种新的思路,特别是群组密钥机制在5G的物联网应用场景领域。

关键词： 5G 密钥管理机制安全对称多项式

基于WIA-PA安全标准的网络密钥管理机制设计分析

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信息安全与技术 2013年第4期4卷 27-29页

作者：龙厚彦四川工业管理职业学院四川德阳618500

WIA-PA安全标准隶属于过程自动化领域,是由我国工业无线联盟制定的基于IEEE802.15.4标准的无线网络系统,属于WIA的子标准,主要用于工业过程中无线短程网的控制、测量以及监视。基于WIA-PA安全标准网络密钥管理机制设计的内容主要包括基... 详细信息

WIA-PA安全标准隶属于过程自动化领域,是由我国工业无线联盟制定的基于IEEE802.15.4标准的无线网络系统,属于WIA的子标准,主要用于工业过程中无线短程网的控制、测量以及监视。基于WIA-PA安全标准网络密钥管理机制设计的内容主要包括基于WIA-PA安全标准的密钥基本管理设计、基于WIA-PA安全标准的入网安全性设计、基于WIA-PA安全标准的数据流安全传输设计、基于WIA-PA安全标准的系统实用性研究设计、基于WIA-PA安全标准的系统性能研究设计。

关键词： WIA-PA安全标准密钥管理机制 WIA-PA网络密钥管理

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智能饭卡系统的数据加密技术研究

信息与电脑 2024年第15期 37-40页

作者：徐春贵州省赫章县实验中学

如今，智能饭卡系统已在各校园食堂中被广泛应用，对智能饭卡系统进行研究有助于改善用户的消费体验。在智能饭卡系统中，数据加密技术是保障用户信息安全的重要手段。电力电信工程专业需要研究和应用先进的加密算法和密钥管理机制，以... 详细信息

如今，智能饭卡系统已在各校园食堂中被广泛应用，对智能饭卡系统进行研究有助于改善用户的消费体验。在智能饭卡系统中，数据加密技术是保障用户信息安全的重要手段。电力电信工程专业需要研究和应用先进的加密算法和密钥管理机制，以确保系统的可靠性和安全性。本文研究了智能饭卡系统中的数据加密技术，重点讨论了加密算法选择、密钥生成与管理、数据传输加密及存储加密等内容，提出了一套适用于智能饭卡系统的安全加密方案，并通过具体实例验证了该方案的有效性和实用性。

关键词：智能饭卡系统数据加密技术密钥管理机制

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异构传感网络的密钥协商机制研究

异构传感网络的密钥协商机制研究

作者：张政南京理工大学

学位级别：硕士

无线传感器网络WSN是由大量传感器节点以自组织方式构成的网络,网络安全性问题是制约无线传感器网络发展的重要难题,是国内外学者广泛关注的研究方向。其中密钥管理是WSN安全性问题中的重要内容,一个有效的密钥管理机制不仅可以保证WSN... 详细信息

无线传感器网络WSN是由大量传感器节点以自组织方式构成的网络,网络安全性问题是制约无线传感器网络发展的重要难题,是国内外学者广泛关注的研究方向。其中密钥管理是WSN安全性问题中的重要内容,一个有效的密钥管理机制不仅可以保证WSN中节点间的通信安全可靠,更为重要的是,WSN安全性的提高使其应用领域更加广泛。在多数WSN密钥管理方案中,通常认为节点之间有着相同的性能。然而研究表明,异构无线传感器网络在延长网络生命周期、提升网络连通性和安全性、减少节点通信开销等方面有着很大的优势。因此,异构无线传感器网络下的密钥管理成为一个重要的研究课题。本文首先概述无线传感器网络的安全性问题,介绍异构无线传感器网络密钥管理的研究现状,对无线传感器网络密钥管理方案进行综述,包括密钥管理问题描述、密钥管理方案的性能评估标准以及现有典型方案。然后,重点介绍异构传感器网络中一种通用的分簇模型,对异构传感网络下基于椭圆曲线公钥加密算法的私钥协商和安全通信机制进行分析和验证,通过仿真实验给出此方案的密钥存储空间分析和安全性评估,结果表明椭圆曲线公钥加密算法在无线传感网络的节点通信加密方面有着很好的性能。针对当前无线传感器网络中节点能量消耗不均匀的问题,在棋盘分簇的基础上给出一种改进的网格分簇和路由协议,对协议进行性能评估,结果表明改进协议在延长网络生命周期、减少总的节点能量消耗方面有着较好的表现。在无线传感器网络通信中,节点往往只和其部分邻居节点通信,针对这个特性,结合椭圆曲线公钥加密算法和网格分簇路由协议,给出一种异构传感网络的密钥管理方案,仿真实验表明此方案可以较好地减少节点预装载密钥的数量,同时对于入侵者的捕获攻击有着较好的抵抗性。

关键词：无线传感器网络异构传感器网络密钥管理机制椭圆曲线加密算法网格分簇路由驱动

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分布式环境下多域间安全互操作机制研究

分布式环境下多域间安全互操作机制研究

作者：吴博华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,分布式系统得到了飞速的发展,其规模越来越大,复杂性越来越强。分布式系统由多个安全域构成,每一个域内通过集中控制来保证其安全性。对于单域内访问控制主要研究集中于以下两种:一种是基于角色的访问控制,另一种是基于密钥管理... 详细信息

近年来,分布式系统得到了飞速的发展,其规模越来越大,复杂性越来越强。分布式系统由多个安全域构成,每一个域内通过集中控制来保证其安全性。对于单域内访问控制主要研究集中于以下两种:一种是基于角色的访问控制,另一种是基于密钥管理机制的访问控制。基于角色的访问控制通常由域内的安全管理员进行角色指派和回收,保证域内访问的安全性,但缺少一定的灵活性。在ARBAC97模型的基础上,引入了用户的自主角色指派和回收模型,提高了原有模型的灵活性。对于分布式系统来说,多域间的安全互操作是保证其安全性的关键问题,其实质上是让外域的用户可以在本域内获得授权。IRBAC2000模型在两个域间定义角色映射关系,解决了将外域角色映射为本域角色的问题。对于IRBAC2000模型中的角色映射,给出了一种改进的角色映射算法,通过在角色映射过程中施加约束条件,避免了角色映射冲突的出现。单域内访问控制的另一种方法是基于密钥管理机制。联合层次结构将结点抽象为等价的用户和资源的集合,更适于采用密钥管理机制来实现用户对资源的访问控制。对单域内的密钥管理机制进行了扩展,在两个域的结点之间建立关联边集,计算关联边的权值,给出了多域间的密钥管理机制。将扩展的密钥管理机制和域间身份认证技术应用于域间的访问控制,从而实现了多域间安全互操作模型,并对该模型的安全性进行了分析。

关键词：分布式环境安全域角色映射联合层次结构密钥管理机制

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物联网安全架构与关键技术

微型机与应用 2011年第9期30卷 54-56页

作者：李志清广州行政学院信息网络中心广州广东510070

从信息安全的机密性、完整性和可用性等三个基本属性出发,分析了物联网安全需求和面临的安全问题,提出了物联网安全的系统架构,并对一些安全关键技术进行了深入研究,希望为建立物联网可靠的信息安全体系提供参考依据。

关键词：物联网信息安全安全架构密钥管理机制安全路由协议

关于IPv6安全体系结构——IPsec的研究

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四川师范大学学报（自然科学版） 2002年第1期25卷 103-107页

作者：雷光洪自贡师范高等专科学校计科系四川自贡643000

对IPv6引入的IP层安全机制———IPsec的体系结构、认证机制、加密机制以及密钥管理机制进行研究 .

关键词： Internet 安全体系结构 IPsec 认证机制加密机制密钥管理机制网络安全 IPv6

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浅议档案管理自动化安全保密体系

北京档案 1992年第5期 26-26页

作者：徐富荣中山大学

档案工作十分注重保密,但随着我国改革开放的顺利进行,档案需要进一步向社会开放。用计算机管理档案,实现档案管理自动化,能更有效、快捷、准确地提供利用,更好地发挥档案的社会效益、经济效益,既要安全保密,又要开放利用,这是一对矛盾... 详细信息

档案工作十分注重保密,但随着我国改革开放的顺利进行,档案需要进一步向社会开放。用计算机管理档案,实现档案管理自动化,能更有效、快捷、准确地提供利用,更好地发挥档案的社会效益、经济效益,既要安全保密,又要开放利用,这是一对矛盾。通过档案管理自动化系统中的安全保密体系,就能较好地解决这个问题。安全保密体系实际上就是实现安全服务的手段、方法和技术。这种安全体系,总的说来,分以下几种保密机制。

关键词：档案管理自动化安全保密管理档案档案工作档案信息密钥管理机制越权访问聋生权限控制网络服务提供者