【摘要】：目前,互聯(lián)網(wǎng)的核心是TCP/IP協(xié)議,該技術的設計初衷是針對端到端的主機通信。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)量爆炸式增長的同時,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)內容也在急劇膨脹,它的自身缺陷會導致靈活性低、易擁塞、擴展性低等問題,以至于無法應對日益增長的大規(guī)模數(shù)據(jù)內容分發(fā)。為了解決這些問題,國際上有兩種主流的方法:一種是不斷改進現(xiàn)有的IPv4協(xié)議使其過渡到IPv6協(xié)議;另一種是從根本上去解決問題,即采用全新的互聯(lián)網(wǎng)體系架構信息中心網(wǎng)絡(Information Centric Networking,ICN)。ICN中最具代表性的就是命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(Name Data Networking,NDN),經(jīng)過多年研究,它在全球各地網(wǎng)絡研究者的努力下逐步發(fā)展,從眾多ICN研究項目中脫穎而出,被認為是當前最有發(fā)展前景的方案之一。在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中,用戶關注的重點不在于內容的位置,而在于內容本身,即以數(shù)據(jù)消費為驅動。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡提供了基于數(shù)據(jù)本身的安全機制和相當靈活的路由策略,同時提高資源重復利用率。本文采用形式化方法開展了對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的建模與驗證,我們主要著重于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡在無線網(wǎng)絡上的應用、內容訪問控制和路由協(xié)議三個方面進行深入研究。首先,研究了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡在無線網(wǎng)絡中的應用,提出了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的安全無線網(wǎng)絡演算(SCWN),在演算中刻畫它的特殊機制。然后,分別使用邏輯化分析和模型檢測的方法對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡內容訪問控制解決方案進行分析和建模,檢驗它是否能保證關鍵密鑰和數(shù)據(jù)的安全性。最后,應用時間自動機對NLSR路由協(xié)議進行建模、分析和驗證。本文的主要內容與貢獻包括:·本文提出了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的安全無線網(wǎng)絡演算(SCWN)。它引入了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中特殊轉發(fā)機制和數(shù)據(jù)緩存機制,同時也加入了新的通道安全機制來支持網(wǎng)絡的安全性。SCWN演算從進程層面和網(wǎng)絡層面對無線網(wǎng)絡進行刻畫,并加入一些特殊參數(shù),進一步描述了無線節(jié)點對Interest包和Data包的不同處理,以及普通通道和受保護通道的隔離通信。本文把SCWN演算應用到了LFBL協(xié)議中,成功刻畫了該協(xié)議,并用圖論的方法提供了對性質的驗證方案�！け疚难芯苛岁P于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的內容訪問控制解決方案。采用了兩種方法來對該解決方案進行分析和驗證。第一種是邏輯化分析方法,通過對BAN邏輯進行拓展,得到改進的BAN邏輯,并將此應用于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的內容訪問控制解決方案。本文首先用邏輯公式描述該解決方案的前提,然后把該解決方案的過程步驟也用邏輯公式刻畫,最后把該解決方案的安全目標也轉化為邏輯公式。之后采用改進的BAN邏輯的推理規(guī)則,來判斷是否能從該解決方案的過程步驟推導出其安全目標。發(fā)現(xiàn)存在一些安全目標無法被推導,即存在安全漏洞。于是增加了符合實際的新假設來支持安全目標的推導,從而提高了內容訪問控制解決方案的安全性�！け疚睦^續(xù)針對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的內容訪問控制解決方案,采用了第二個形式化方法——模型檢測。使用通信順序進程(CSP),對該解決方案中的讀取者、寫入者和訪問控制管理器這些實體的行為進行建模。為了模擬真實情況,在模型中加入入侵者、被入侵的讀取者和被入侵的寫入者。使用線性時態(tài)邏輯(LTL)對一些安全相關的性質進行描述,而后借助模型檢測工具PAT對其進行驗證。在這過程中,我們發(fā)現(xiàn)了一些無法驗證通過的性質,進而對模型進行符合實際的改進,支持了性質的驗證�！け疚氖褂脮r間自動機對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的NLSR路由協(xié)議進行建模。針對每個路由節(jié)點上維護的LSDB是否同步進行驗證。采用支持時間自動機的模型驗證工具UPPAAL對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的轉發(fā)機制和NLSR協(xié)議的同步機制進行了實現(xiàn),并驗證了模型相關性質。之后測試了多個網(wǎng)絡拓撲場景,找出了兩個無法完成同步的特殊場景,給出對應的解決方案,進而提高了協(xié)議的魯棒性。
【圖文】：

圖 6.5 NLSR 模型基本性質的驗證結果A B0 0A B0 0Produce N1Interest Name Interfaces/sync-prefix/1000 0PIT of Router A and B:Interest Name InterfacesPIT of Router A and B:①②(a) 節(jié)點A和B相互發(fā)送SyncInterest包。(b) 節(jié)點A產(chǎn)生了名字 N1并更新了自己的名字集合。然后根據(jù)他們在(a)中各自的PIT，，按順序完成 SyncData包的返回。A B0 0Interest Name Interfaces/sync-prefix/1111 0PIT of Router A :(c) 節(jié)點B產(chǎn)生名字N2和N3。節(jié)點A和B相互發(fā)送Sync Interest包。Produce N2and N3Interest Name Interfaces/sync-prefix/1100 0PIT of Router B:Digest=1000 Digest=1000Digest=1100 Digest=1100Digest=1100 Digest=1111圖 6.6 NLSR 模型第一個測試場景中路由器 A 和 B 之間的通信關系 。表 6.2 NLSR 模型測試場景中出現(xiàn)的名字集合和摘要的關系
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.0

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本文編號：2657062