移动网络中基于位置相似性的密钥协商机制

摘要

近年来，随着互联网技术的发展，智能手机逐渐成为人们日常生活中必不可少的一部人。除了传输语音及短信信息，人们还可以利用智能手机共享视频、图片等多媒体信息。然而，由于缺乏有效的安全通信机制，在利用智能手机共享信息的时候，信息面临着被窃听的危险。如何保证智能手机间的安全通信与人们的日常生活息息相关，已逐渐成为近年来研究领域的研究热点问题。本文旨在解决在同喜双方通信时如何防止通信内容被攻击者截获，就该安全问题本文提出了两种动态密钥协商机制，即基于地理位置信息的密钥协商机制（LSKA算法）和基于排序地理位置信息的密钥协商机制（OLSKA算法），用于保证智能手机在动态环境下的安全通信。
　　本研究首先将位置信息间的相似性与模糊金库算法相结合，提出了基于地理位置相似性的密钥协商机制，即LSKA算法。同时给出了LSKA算法的具体实现过程:初始化、特征信息提取、建立多项式、建立金库、获取密钥。接着，从冗余点安全性、信息交换安全性、密钥分配成功概率三个角度对LSKA算法进行了理论分析，分析结果表明:接收方能够以较高的概率获取密钥，而攻击者获取密钥则比较困难。随后，利用MATLAB仿真对不同环境下的实验数据进行了数值分析，证明了对理论分析结果的正确性，给出了不同参数的设定方法及取值范围，同时还探讨了不同环境对LSKA算法的影响。最后，设计了基于Android平台的LSKA应用程序并对实际运行效果图进行了展示。受排序思想的启发，在LSKA的基础上提出了OLSKA算法。文中给出了OLSKA算法的具体实现过程，即初始化、GPS信息的采集及编号、建立金库、获取共同信息、发送方建立密钥、接收方建立密钥。接着，从金库安全性及信息交换安全性两个方面对OLSKA算法进行了性能分析，说明算法能够抵抗蛮力攻击。然后，通过在不同环境下实验并结合MATLAB仿真，讨论了不同环境对OLSKA算法的影响，并给出了相关参数的设定方法及取值范围。随后，给出了基于Android平台的OLSKA应用程序并展示了实际运行效果图。最后，对比了OLSKA算法与LSKA算法，结果表明OLSKA算法优于LSKA算法。

目录

声明

致谢

摘要

序

图目录

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 智能手机安全问题现状

1．3 论文主要研究工作

2 密钥协商概述

2．1 密钥协商的概念和安全特性

2．1．1 密钥协商的概念

2．1．2 密钥协商协议的安全特性

2．2 安全协议常见的攻击

2．3 密码体制

2．3．1 对称密码体制

2．3．2 非对称密码体制

2．4 经典密钥协商协议

2．4．1 两方DH协议

2．4．2 Joux三方密钥协商协议

2．4．3 BD多方密钥协商协议

2．5 本章小结

3 基于位置相似性的智能手机密钥协商机制

3．1 相关知识概述

3．1．1 模糊金库算法(Fuzzy-Vault算法)

3．1．2 GPS数据特征

3．2 基于位置信息加密及模糊金库算法的相关研究

3．2．1 基于位置信息加密的相关研究

3．2．2 基于模糊金库算法的相关研究

3．3 威胁模型及应用

3．3．1 威胁模型及假设

3．3．2 应用场景

3．4 基于地理位置信息的密钥协商机制(LSKA算法)

3．4．1 初始化

3．4．2 特征信息提取

3．4．3 建立多项式

3．4．4 建立金库

3．4．5 获取密钥

3．5 算法性能分析

3．5．1 冗余点安全性分析

3．5．2 信息交换安全性分析

3．5．3 密钥成功分配概率分析

3．6 实验

3．6．1 LSKA应用程序及实验配置介绍

3．6．2 不同环境下特征匹配率测试

3．6．3 不同环境下密钥成功分配概率测试

3．7 本章小结

4 基于排序地理位置信息的智能手机密钥协商机制

4．1 威胁模型及应用

4．2 基于排序地理位置信息的密钥协商机制(OLSKA算法)

4．2．1 初始化

4．2．2 GPS信息采集及编号

4．2．3 建立金库

4．2．4 获取共同信息

4．2．5 发送方建立密钥

4．2．6 接收方建立密钥

4．3 安全性分析

4．3．1 金库安全性分析

4．3．2 信息传输安全性分析

4．4 实验

4．4．1 实验配置介绍

4．4．2 实验数据分析

4．4．3 OLSKA应用程序

4．5 OLSKA算法与LSKA算法比较

4．5．1 安全性

4．5．2 密钥特性

4．5．3 存储空间

4．5．4 运算量

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 论文工作总结

5．2 研究展望

参考文献

作者简历

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