防窃听的安全网络编码的研究

摘要

网络编码改变了传统网络节点的“存储-转发”模式，允许通信网络中的节点对收到的数据流进行编码操作，从而使得多播网络的传输速率达到最大流。
　　在通信网络中，窃听者以窃听网络中的信道链路的方式来窃取信源消息。采用网络编码进行通信时，由于中间节点对接收到的消息进行组合后再转发给下游链路，所以，通信网络中所传输的数据都是混淆后的消息，因此，网络编码可以提高网络传输的安全性。
　　窃听攻击是通信网络遭受的主要威胁之一，本文主要研究网络编码的防窃听问题。本文介绍了两类基于密码学的防窃听方案，即基于加密信源消息的防窃听网络编码和基于加密编码系数的防窃听网络编码。
　　本文的主要研究成果如下:
　　1.基于线性AONT(AII or Nothing Transforms)提出一种安全性更高的防窃听方案，其是一种基于加密信源消息的防窃听网络编码。首先，本方案使用m维信源消息的第m维消息对前m-2维消息进行随机化，此随机化过程类似于密码学中的一次一密，使前m-2维消息具有不同的随机化值，然后对随机化后的前m-2维消息和第m-1维消息进行线性AONT变换，最后加密最后2维信源消息。若窃听者得不到密钥，则其不能恢复出最后2维信源消息，由AONT变换的性质知，窃听者得不到信源的任何消息。
　　2.基于SPOC(Secure Practical Network Coding)方案提出两种防窃听方案，一种是低加密开销的方案，另外一种是低带宽开销的方案，它们都是基于加密编码系数的防窃听方案。前者通过使用线性AONT变换对随机化信源消息的预编码系数进行处理，然后只需加密一维预编码系数便可实现网络的防窃听，降低了信源节点的计算开销。后者通过使用一种确定性的范德蒙矩阵对信源消息进行预编码处理，然后只需加密预编码系数的一个单元符号便可实现防窃听，降低了网络传输的带宽开销。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 网络编码的研究背景

1．1．1 网络编码的提出与研究意义

1．1．2 网络编码的研究现状

1．2 安全网络编码的研究现状

1．3 论文主要内容及章节安排

第二章 理论基础

2．1 数学基础

2．1．1 图论的基本概念

2．1．2 网络的基本概念

2．1．3 有限域

2．2 网络编码

2．2．1 网络编码的形式化定义

2．2．2 网络编码的分类

2．2．3 随机线性网络编码

2．3 防窃听的网络编码

2．3．1 窃听网络模型

2．3．2 强r-安全网络编码

2．3．3 弱安全网络编码

2．3．4 窃听网络模型的特例

2．3．5 基于密码学的防窃听网络编码

2．4 本章小结

第三章 基于加密信源消息的防窃听网络编码

3．1 符号定义

3．2 基本模型及概念

3．2．1 网络模型

3．2．2 通信模型假设

3．2．3 基本概念

3．3 基于AONT的防窃听方案

3．3．1 编解码过程

3．3．2 性能分析

3．3．3 经典通信实例

3．4 安全增强型方案

3．4．1 基本思路

3．4．2 编解码过程

3．4．3 性能分析

3．5 本章小结

第四章 基于加密编码系数的防窃听网络编码

4．1 轻量型方案

4．1．1 编解码过程

4．1．2 性能分析

4．1．3 经典通信实例

4．2 低加密开销方案

4．2．1 编解码过程

4．2．2 性能分析

4．2．3 经典通信实例

4．3 低通信开销方案

4．3．1 一种弱安全的防窃听方案

4．3．2 编解码过程

4．3．3 性能分析

4．3．4 经典通信实例

4．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果