移动Ad Hoc网络路由安全性研究

摘要

移动Ad Hoc网络(Mobile Ad Hoc Networks,MANETS)组网方便、快捷,不受时间和空间限制,既可应用于救援、会议、战场、探险、远距离或危险环境中的目标监控等场合,还可用于末端网络的扩展,因此得到了广泛应用。移动Ad Hoc网络是一种临时自治的分布式系统,具有无中心接入和多跳的特征,网络中各个节点的地位平等,每个节点都具有主机与路由器的双重功能,根据网络规模,有平面和分级两种结构。移动Ad Hoc网络路由协议要求具有以下特性：分布式操作,能有效地避免路由环,良好的安全性,支持休眠模式操作,支持单向无线信道等。 由于没有固定基础设施、拓扑频繁动态变化、无线信道完全开放、节点的恶意行为难以检测、网络缺乏自稳定性等原因,移动Ad Hoc网络容易遭受多种类型的攻击,主要有篡改报文、假冒、伪造报文等。因此设计安全的路由协议非常重要。 本文首先从移动Ad Hoc网络的基本概念和特点入手,介绍了移动Ad Hoc网络的体系结构,以及移动Ad Hoc网络当前研究的主要问题和应用前景；其次介绍了安全协议的目标以及针对Ad Hoc网络路由协议的恶意攻击：接着详细分析了当前国内外移动Ad Hoc网络安全路由的研究现状,在对它们进行综合比较的基础上指出了存在的问题；最后鉴于现有协议的不足,本文提出了一种适用于移动Ad Hoc网络的安全按需源路由(Secure Ad HocOn-demand Routing,SAOR)协议。本协议利用移动节点之间的会话密钥和基于散列函数的消息鉴别码HMAC-起来验证路由发现和路由应答的有效性,提出的邻居节点维护机制通过把MAC地址和每个节点的ID绑定来防御各种复杂的攻击如虫洞攻击,此协议最优的性能就是自认证密钥体制产生共享密钥过程中只带来的很小通信开销。分析结果及NS-2仿真证明此协议能有效的探测和阻止针对Ad Hoc网络的大部分攻击。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究背景及意义

1.2当前国内外研究的主要问题

1.3本论文选题来源及研究目标

1.4论文的组织结构

1.5本章小结

2移动Ad Hoc网络技术基础

2.1 Ad hoc网络的定义

2.2 Ad hoc网络的形成与发展

2.3 Ad Hoc网络的特点

2.4 Ad hoc网络的设计挑战

2.5 Ad hoc网络的应用领域

2.6 Ad hoc网络的体系结构

2.6.1节点结构

2.6.2网络结构

2.7本章小结

3移动Ad Hoc网络路由协议

3.1 Ad Hoc网络路由协议特点

3.2 Ad Hoc网络路由协议分类

3.2.1平面式路由协议和分簇式路由协议

3.2.2表驱动和按需路由协议

3.3评价Ad Hoc网络路由协议的标准

3.4各类路由协议之间的性能比较

3.5几种典型的Ad Hoc网络路由协议

3.5.1 DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector Routing)路由协议

3.5.2 FSR(Fisheye State Routing)路由协议

3.5.3 DSR(Dynamic Source Routing)路由协议

3.5.4 AODV(Ad Hoc on demand distance vector routing)路由协议

3.5.5 ZRP路由协议(Zone Routing Protocol)

3.6本章小结

4移动Ad Hoc网络路由面临的安全威胁

4.1 Ad Hoc网络路由安全协议目标

4.2针对Ad hoc网络路由协议的攻击

4.2.1路由破坏攻击

4.2.2资源消耗攻击

4.3移动Ad Hoc网络路由的安全性分析

4.4本章小结

5目前安全路由研究现状

5.1 SRP协议

5.2 ARAN协议

5.3 SEAD协议

5.4 SAODV协议

5.5 SLSP协议

5.6安全路由协议分析与比较

5.7本章小结

6一种安全的的按需路由协议

6.1算法简介

6.1.1单向散列函数(One-way hash function)

6.1.2消息鉴别码(MAC)及散列消息鉴别码(HMAC)

6.1.3非对称加密(dissymmetrical encryption)

6.1.4 Diffie-Hellman密钥交换算法。

6.2 安全按需路由协议(SAOR)

6.2.1本文所用的主要符号介绍

6.2.2密钥分配阶段

6.2.3假设阶段

6.2.4邻节点列表维护机制

6.2.5路由发现过程

6.2.6路由维护阶段

6.2.7路由异常监测机制

6.3本章小结

7协议分析及仿真

7.1安全性证明

7.1.1拒绝服务攻击(DoS)

7.1.2伪造节点攻击

7.1.3篡改攻击

7.1.4黑洞攻击

7.1.5不可视节点攻击

7.1.6虫洞攻击

7.2可行性分析

7.3性能评估

7.3.1仿真工具

7.3.2仿真环境

7.3.3性能评估

7.4本章小结

8结束语

8.1本文研究工作总结

8.2进一步改进的工作

致谢

参考文献