發(fā)布時(shí)間：2018-03-22 14:25

  本文選題：移動通信系統(tǒng)　切入點(diǎn)：機(jī)器類型通信　出處：《西安電子科技大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：第三代伙伴組織計(jì)劃（3GPP）于2004年底啟動了長期演進(jìn)（LTE）和系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE）兩大計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)化工作，標(biāo)志著移動通信技術(shù)已經(jīng)向第四代通信系統(tǒng)（4G）發(fā)展。為了確保移動用戶任何時(shí)間、任何地點(diǎn)能夠安全的接入到3GPP核心網(wǎng)中，3GPP相繼提出了一系列的認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議（AKA），如GSM-AKA，UMTS-AKA以及最新的EPS-AKA。 然而，現(xiàn)有的3GPP認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議存在以下幾個(gè)問題。在安全性方面，首先，3GPP AKA不能抵抗一些專業(yè)的攻擊，，如重定向攻擊（redirection attack）、中間人攻擊（man-in-the-middle attack）以及拒絕服務(wù)攻擊（DoS attack）等。由于3GPPAKA協(xié)議固有的缺陷，因此不能提供密鑰的前向/后向安全性（KFS/KBS）。此外，移動通信系統(tǒng)中的隱私保護(hù)問題也沒有得到很好的解決。在性能方面，現(xiàn)有的3GPPAKA不能有效地支持基于群組的通信場景，如機(jī)器類型的通信（M2M或MTC），因此會導(dǎo)致認(rèn)證的通信和計(jì)算開銷過大。特別地，當(dāng)一組設(shè)備同時(shí)接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中時(shí)，還會造成網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的認(rèn)證信令擁塞。 為了解決以上問題，本文研究了移動通信系統(tǒng)中的安全和隱私保護(hù)問題，取得以下主要成果： (1)針對3GPP推動的一種新型的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，即機(jī)器類型通信（MTC），我們首先提出一種基于群組的接入認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議MTC-AKA。和已有的3GPP認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議相比，MTC-AKA協(xié)議可以有效地減少認(rèn)證開銷。具體來說，當(dāng)一組機(jī)器類型的通信設(shè)備接入3GPP核心網(wǎng)時(shí)，第一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備先進(jìn)行一次完整的認(rèn)證流程。當(dāng)完成此次認(rèn)證時(shí)，整個(gè)群組獲得群認(rèn)證數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將被保存在訪問地的MME中。當(dāng)群組中剩下的設(shè)備想要接入到3GPP核心網(wǎng)時(shí)，只需要執(zhí)行一個(gè)本地的認(rèn)證流程，而不需要再和家鄉(xiāng)域的HSS通信，從而大大降低了通信開銷。我們通過AVISPA分析了該協(xié)議的安全性，并在性能方面和現(xiàn)有的協(xié)議進(jìn)行了比較。分析結(jié)果表明MTC-AKA協(xié)議在帶寬消耗，認(rèn)證信令開銷，通信開銷以及計(jì)算和存儲開銷方面都優(yōu)于已有協(xié)議，能夠有效地支持基于群組的機(jī)器類型通信場景。 (2)在MTC-AKA協(xié)議的基礎(chǔ)上，為了增強(qiáng)安全性和提供更好的隱私保護(hù)，我們提出一個(gè)安全有效的認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議SE-AKA，SE-AKA適用于LTE網(wǎng)絡(luò)中的群組通信場景。具體來說，SE-AKA使用ECDH來實(shí)現(xiàn)密鑰的前向/后向安全性，同時(shí)采用公鑰密碼系統(tǒng)保護(hù)用戶隱私。和已有的移動通信系統(tǒng)中的認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議相比，SE-AKA不僅能夠提供更強(qiáng)的安全性和隱私保護(hù)，同時(shí)能夠支持群組認(rèn)證。我們使用協(xié)議分析工具ProVerif對SE-AKA的安全性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明SE-AKA能夠抵御一系列針對LTE通信系統(tǒng)的攻擊。性能分析表明SE-AKA協(xié)議在通信開銷，計(jì)算開銷和存儲開銷方面都優(yōu)于已有協(xié)議，能夠有效地支持LTE系統(tǒng)中基于群組的通信場景。 (3)為了實(shí)現(xiàn)漫游場景下安全有效的基于群組的機(jī)器類型通信接入認(rèn)證，我們提出一種應(yīng)用于3GPP-WiMAX網(wǎng)絡(luò)的安全有效的群組認(rèn)證方案SEGR。和MTC-AKA以及SE-AKA協(xié)議相比，SEGR通過采用無證書聚合簽名技術(shù)，能夠同時(shí)認(rèn)證一組機(jī)器類型通信設(shè)備，加快整個(gè)認(rèn)證流程，同時(shí)避免網(wǎng)絡(luò)中的信令擁塞。安全分析結(jié)果表明SEGR可以抵抗一些列的攻擊。特別地，SEGR可以克服基于身份聚合簽名技術(shù)中的密鑰托管（key escrow）中存在的缺陷。此外，性能分析結(jié)果表明SEGR在認(rèn)證通信開銷和計(jì)算開銷方面優(yōu)于傳統(tǒng)的方案。 (4)盡管SEGR實(shí)現(xiàn)了同時(shí)認(rèn)證一組機(jī)器類型通信設(shè)備，然而由于SEGR采用了公鑰密碼技術(shù)，它的計(jì)算開銷比較大，不適用于資源受限的機(jī)器類型通信設(shè)備。因此，我們基于聚合消息認(rèn)證碼（AMAC）提出一種輕量級群組認(rèn)證協(xié)議LGTH。LGTH不但能夠同時(shí)認(rèn)證所有的群組設(shè)備，而且能夠有效地降低通信和計(jì)算開銷。 (5)由于現(xiàn)有的多種無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此通用的認(rèn)證協(xié)議的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要目標(biāo)。此外，在漫游場景下，由于用戶不愿意在外地網(wǎng)絡(luò)暴露自己的身份信息。因此用戶的隱私保護(hù)引起越來越多的研究者的興趣。然而，一般的隱私保護(hù)方案只能隱藏用戶的身份信息，不能提供更加靈活可控的隱私保護(hù)。因此，我們提出了一種漫游場景下的多級條件隱私保護(hù)認(rèn)證協(xié)議CPAL。該方案基于一種新的群簽名技術(shù)，不但能夠提供匿名的用戶認(rèn)證，還能提供可追蹤性，匿名的用戶數(shù)據(jù)可鏈接性以及有效的動態(tài)用戶撤銷功能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：D922.16;D923

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1649049