本文關(guān)鍵詞：無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全媒體接入控制協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合,尤其適合于戰(zhàn)術(shù)通信、應(yīng)急通信、無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)合。無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基礎(chǔ)設(shè)施,能夠快速自動(dòng)組網(wǎng),并且有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力,拓寬了無(wú)線通信的應(yīng)用領(lǐng)域,具有廣闊的發(fā)展前景。媒體接入控制(Medium Access Control, MAC)層對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能有著至關(guān)重要的作用,故無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的MAC技術(shù)一直都是研究熱點(diǎn)。但是,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)固有的特點(diǎn)與開放的信道環(huán)境,使Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層存在很多安全攻擊,如竊聽、篡改、假冒、重放攻擊、中間人攻擊、不正當(dāng)行為攻擊等,這就要求在設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時(shí)須考慮安全問(wèn)題。因此,本論文對(duì)于無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的安全MAC協(xié)議的研究具有非常重要的意義。首先,論文采用非對(duì)稱密碼系統(tǒng)和認(rèn)證機(jī)制兩大手段研究設(shè)計(jì)了一種安全MAC協(xié)議,解決了MAC層面臨的竊聽、篡改、假冒、重放攻擊、中間人攻擊等安全攻擊,為MAC安全提供了第一道安全屏障。論文考慮了無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)無(wú)控制中心、且存儲(chǔ)容量、計(jì)算能力及能量有限、帶寬受限等特點(diǎn),結(jié)合自認(rèn)證公鑰系統(tǒng)(Self-certified public key system, SCPK)和橢圓曲線密碼(Elliptic Curves Cryptography, ECC)的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種適合無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全MAC協(xié)議(Secure MAC Protocol for Wireless Ad Hoc Networks, SMC-WANET)。SMC-WANET協(xié)議主要包括四個(gè)重要的階段：系統(tǒng)初始化階段、用戶注冊(cè)階段、協(xié)商階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。其中,系統(tǒng)初始化階段主要完成認(rèn)證中心(Certificate Authority, CA)產(chǎn)生系統(tǒng)參數(shù)并公開相應(yīng)參數(shù)值的功能；在用戶注冊(cè)階段,用戶通過(guò)向CA注冊(cè)產(chǎn)生其公／私鑰對(duì)；協(xié)商階段主要是實(shí)現(xiàn)通信雙方互相認(rèn)證并協(xié)商會(huì)話密鑰的功能；數(shù)據(jù)傳輸階段主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)密性傳輸?shù)墓δ�。�?duì)SMC-WANET協(xié)議進(jìn)行了安全和性能分析,結(jié)果表明該協(xié)議在安全性、存儲(chǔ)開銷、通信開銷以及計(jì)算開銷方面都表現(xiàn)出良好的性能,能抵抗各種常見(jiàn)攻擊；同時(shí),利用Burrows-Abadi-Needham邏輯分析方法對(duì)SMC-WANET協(xié)議進(jìn)行形式化邏輯分析,結(jié)果表明該協(xié)議是正確的、安全的。在多速率Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)常采用根據(jù)信道質(zhì)量選擇傳輸速率的自適應(yīng)速率調(diào)整算法提高網(wǎng)絡(luò)性能,如IEEE 802.11多速率分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed Coordination Function, DCF)協(xié)議。但是,多速率網(wǎng)絡(luò)的DCF協(xié)議存在性能異�，F(xiàn)象,使攻擊者利用這個(gè)缺陷進(jìn)行不正當(dāng)行為攻擊,即在信道條件較好時(shí),惡意節(jié)點(diǎn)故意選擇低速率傳輸數(shù)據(jù)使高速率數(shù)據(jù)流性能下降,導(dǎo)致占用信道資源的不公平性。為了緩解這種不正當(dāng)行為攻擊的影響,可以從解決多速率網(wǎng)絡(luò)性能異�，F(xiàn)象入手,保證不同速率節(jié)點(diǎn)公平占用信道時(shí)間,提高系統(tǒng)性能,即使惡意節(jié)點(diǎn)執(zhí)行不正當(dāng)行為攻擊,也不會(huì)引起系統(tǒng)性能急劇下降。因此,論文提出了一種基于競(jìng)爭(zhēng)窗口區(qū)分的改進(jìn)多速率DCF機(jī)制,基于Markov模型分析了所提出改進(jìn)多速率DCF機(jī)制的性能,并仿真驗(yàn)證了所提出的改進(jìn)方法。仿真結(jié)果表明,提出的改進(jìn)多速率DCF協(xié)議有效緩解了節(jié)點(diǎn)占用信道的時(shí)間不公平問(wèn)題,減少數(shù)據(jù)碰撞,提高系統(tǒng)吞吐量。同時(shí),有效緩解了惡意節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間占用無(wú)線信道使系統(tǒng)性能急劇下降的現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 安全MAC協(xié)議 自認(rèn)證公鑰系統(tǒng) 橢圓曲線密碼 多速率DCF機(jī)制Markov模型 不正當(dāng)行為攻擊 時(shí)間公平性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 縮略詞14-15
• 第1章 緒論15-27
• 1.1 課題研究背景與意義16-18
• 1.2 安全MAC協(xié)議的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3 論文主要工作和貢獻(xiàn)23-25
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.3.2 主要研究成果24-25
• 1.4 論文章節(jié)安排25-27
• 第2章 無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)概述及背景知識(shí)27-36
• 2.1 無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介27-28
• 2.2 無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議28-31
• 2.2.1 載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突避免機(jī)制29
• 2.2.2 退避機(jī)制29-30
• 2.2.3 訪問(wèn)控制方式30-31
• 2.3 無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的安全需求31-33
• 2.4 多速率無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)安全MAC協(xié)議中的性能異�，F(xiàn)象33-35
• 2.4.1 性能異�，F(xiàn)象33-34
• 2.4.2 性能異�，F(xiàn)象的解決方法34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)安全MAC協(xié)議設(shè)計(jì)36-64
• 3.1 橢圓曲線概念37-39
• 3.1.1 有限域上的橢圓曲線37
• 3.1.2 橢圓曲線密碼系統(tǒng)37-39
• 3.1.2.1 橢圓曲線公/私鑰實(shí)現(xiàn)過(guò)程37-38
• 3.1.2.2 橢圓曲線加/解密算法38
• 3.1.2.3 橢圓曲線數(shù)字簽名/驗(yàn)證算法38-39
• 3.2 安全MAC協(xié)議39-49
• 3.2.1 系統(tǒng)模型39-40
• 3.2.2 數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計(jì)40-42
• 3.2.2.1 注冊(cè)幀格式設(shè)計(jì)40-41
• 3.2.2.2 控制幀格式設(shè)計(jì)41-42
• 3.2.2.3 數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計(jì)42
• 3.2.3 系統(tǒng)初始化階段42-43
• 3.2.4 用戶注冊(cè)階段43-45
• 3.2.5 協(xié)商階段45-48
• 3.2.6 數(shù)據(jù)傳輸階段48
• 3.2.7 多跳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全通信48-49
• 3.3 SMC-WANET協(xié)議的安全性分析49-55
• 3.3.1 用戶注冊(cè)階段安全分析50-51
• 3.3.2 協(xié)商階段安全分析51-55
• 3.4 性能分析55-58
• 3.4.1 功能比較55-56
• 3.4.2 存儲(chǔ)開銷56
• 3.4.3 通信開銷56-57
• 3.4.4 計(jì)算開銷57-58
• 3.5 BAN邏輯分析58-63
• 3.5.1 BAN邏輯的基本語(yǔ)句59
• 3.5.2 BAN邏輯的推理規(guī)則59-60
• 3.5.3 BAN邏輯的分析過(guò)程60-63
• 3.5.3.1 理想化協(xié)議60-61
• 3.5.3.2 協(xié)議初始化假設(shè)61
• 3.5.3.3 協(xié)議要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)61
• 3.5.3.4 協(xié)議證明61-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第4章 基于時(shí)間公平性的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)安全MAC協(xié)議64-100
• 4.1 IEEE 802.11 DCF機(jī)制64-65
• 4.2 基于競(jìng)爭(zhēng)窗口區(qū)分的改進(jìn)多速率DCF機(jī)制65-67
• 4.2.1 初始化競(jìng)爭(zhēng)窗口65-66
• 4.2.2 在發(fā)生碰撞后,競(jìng)爭(zhēng)窗口值的調(diào)整策略66
• 4.2.3 在發(fā)送成功后,競(jìng)爭(zhēng)窗口值的調(diào)整策略66-67
• 4.2.4 退避窗口值選擇方法67
• 4.3 CWD-MMDCF機(jī)制描述67-69
• 4.4 性能分析69-79
• 4.4.1 系統(tǒng)建模69-75
• 4.4.2 吞吐量分析75-77
• 4.4.3 平均時(shí)延分析77-78
• 4.4.4 時(shí)間公平性分析78-79
• 4.5 仿真分析79-93
• 4.5.1 仿真場(chǎng)景與參數(shù)設(shè)置79-80
• 4.5.2 仿真結(jié)果80-93
• 4.5.2.1 退避參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響80-82
• 4.5.2.2 不同速率的節(jié)點(diǎn)比例下的吞吐量性能比較82-83
• 4.5.2.3 不同速率的節(jié)點(diǎn)比例下的碰撞概率性能比較83-84
• 4.5.2.4 不同速率的節(jié)點(diǎn)比例下的端到端時(shí)延性能比較84-86
• 4.5.2.5 不同速率的節(jié)點(diǎn)比例下的公平性比較86-87
• 4.5.2.6 數(shù)據(jù)包長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響87-88
• 4.5.2.7 低速率條件下的系統(tǒng)性能88-89
• 4.5.2.8 高速率條件下不正當(dāng)行為攻擊對(duì)系統(tǒng)吞吐量的影響89-90
• 4.5.2.9 初始競(jìng)爭(zhēng)窗口長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)性能的影響90-93
• 4.6 系統(tǒng)性能優(yōu)化措施93-95
• 4.7 兩跳網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的系統(tǒng)吞吐量性能95-98
• 4.8 本章小結(jié)98-100
• 第5章 總結(jié)與展望100-102
• 5.1 研究工作總結(jié)100-101
• 5.2 研究工作展望101-102
• 參考文獻(xiàn)102-109
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果109

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本文編號(hào)：274684