基于ECC的Ad Hoc组密钥管理及分簇算法研究

摘要

移动Ad Hoc网络是分布式自组织、自愈合网络。该网络的特点是动态的拓扑结构、有限的资源、多跳的通信以及脆弱的网络安全等。根据移动Ad Hoc网络自身的特性，在该网络中进行密钥的管理时，保证安全性是Ad Hoc网络组通信的基本要求，并且应该尽量减少节点的计算量。本文在考虑网络安全因素的前提下，提出一个基于椭圆曲线密码体制的组密钥协议；同时，针对Ad Hoc网络节点资源有限的特性，提出一种改进的分簇算法。
　　首先，介绍课题的研究背景、Ad Hoc网络安全及组密钥协议的研究现状、组密钥管理存在的问题、椭圆曲线密码体制以及GDH.3协议的实现过程；提出了一种基于椭圆曲线密码体制的GDH.3协议，详细描述了实现方案和步骤；对改进后的组密钥协议性能作了分析，并通过仿真实验进行验证说明。
　　其次，本文基于DECA(Distributed Efficient Clustering Approach)分簇算法提出一种改进的适用于Ad Hoc网络的簇划分算法。在DECA算法的基础上，从算法负载不平衡的问题出发进行改进，改进后的算法考虑了簇头的能耗负载平衡因素，通过建立节点能耗模型来计算簇头能耗和簇头平均能耗的方差，用能耗方差来描述能耗负载平衡度。
　　最后，简单介绍了仿真平台NS-2，并在网络仿真平台NS-2上进行了基于能耗负载平衡的分簇算法的仿真实现。实验对簇头节点的能耗负载平衡度、固定时间段内簇重构次数和簇头节点的生存时间进行仿真实验。仿真实验证明与DECA算法相比改进后算法在簇头节点负载均衡性、延长网络生命周期方面有很大提高。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 组密钥管理

1.3 分簇算法

1.4 本文研究的主要内容和结构安排

第2章 组密钥协议及分簇算法

2.1 典型组密钥协议

2.2 Ad Hoc网络的分簇算法

2.3 本章小结

第3章 基于椭圆曲线密码体制的GDH.3协议

3.1 引言

3.2 椭圆曲线密码体制

3.3 GDH.3协议

3.4 采用椭圆曲线密码体制的GDH.3协议

3.5 性能分析

3.6 仿真实现

3.7 本章小结

第4章 基于能耗负载平衡的分簇算法

4.1 引言

4.2 分簇算法分析

4.3 改进算法的设计

4.4 算法的详细描述过程

4.5 本章小结

第5章 仿真实验与性能分析

5.1 引言

5.2 仿真平台NS-2

5.3 仿真场景与性能指标

5.4 改进分簇算法性能测试与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介