（计算机应用技术专业论文）安全群组通信中组播密钥管理方案的研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t p 3 9 3 0 8 学科分类号 5 2 0 1o 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 l1 0 7 0 9 密级公开 学位授予单位代码 10 0 10 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名孙晓瑛学号 2 0 0 8 0 0 0 7 0 9 获学位专业名称计算机应用技术获学位专业代码 0 8 1 2 0 3 课题来源自选项目研究方向密码学与网络安全 论文题目安全群组通信中组播密钥管理方案的研究 关键词 安全群组通信组播；密钥管理；移动a d h o c 网络 论文答辩日期 2 0 1 1 5 2 6 论文类型 l 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师张凤元副教授北京化工大学密码学与信息安全技术 评阅人1肖亮副教授北京化工大学核磁共振、医学成像 评阅人2李辉副教授北京化工大学计算机科学 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席 赵瑞莲教授 北京化工大学软件测试与软件可靠性 答辩委员1许南山副教授北京化工大学系统集成、网络数据库 答辩委员2王雪晶副教授北京化工大学并行计算、图像处理 答辩委员3肖亮副教授北京化工大学 核磁共振、医学成像 答辩委员4李辉副教授北京化工大学计算机科学 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b tl3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 全群组二组播密钥管二毒裔；螂瓣 摘要 安全群组通信是一个十分热门的研究领域，其中组播密钥管理机制的 研究是最重要也最具有挑战性的工作。本文重点研究面向安全群组通信的 组播密钥管理方案，在充分研究各类组播密钥管理方案的优点和不足的基 础上，对现有密钥管理方案进行了改进，既立足于现有方案公认的优点， 又弥补了它们在性能或者安全性方面的某些不足。本文的研究工作主要包 括以下几个方面： ( 1 ) 对具有代表性的组播密钥管理方案的研究。现有的组播密钥管 理方案基本可以分为集中式、分布式和分组式三类。集中式方案对组控制 器的过度依赖导致了“1 影响n 问题，同时组控制器负载过大也成了影 响系统性能的瓶颈，扩展性较差。分布式方案通过组成员共同协商方式计 算组密钥，有效地避免了单点失效。但对于大规模群组，密钥更新的计算 量大、延迟时间长。分组式方案将所有组成员分成若干个小组，通过组控 制器和子组控制器进行管理，成员变动时的密钥更新被控制在子组范围 内，虽然降低了组控制器的负荷，但是密钥生成过程缺乏安全机制。 ( 2 ) 面向动态群组组播通信的密钥管理方案的研究。由于参与组播 的成员具有差异性和动态性，导致组播通信比单播通信更为复杂。本文对 组成员变动频繁的群组组播通信系统的密钥管理问题进行了研究。首先在 l k h 方案的基础上给出了一种密钥更新改进算法。该算法不仅降低了g c 的存储量和计算量，还增强了方案的扩展性。但是它也带来了新的问题， 由于每个组成员都要自行计算更新密钥路径上的密钥，导致组成员的计算 量过大，尤其是当成员数目较大时，会严重影响系统性能，因此只适用于 较小规模的组播群组。然后，为满足大型动态组播通信系统的对密钥更新 开销及扩展性的较高要求，本文结合s k d c 、l k h 和i o l u s 三种经典方案， 设计了一种分层分组式的混合组播密钥管理方案，并采用r s a 密钥加密 体制减少密钥更新过程中的通信次数和加密次数，结果表明该方案比现有 方案具有更好的综合性能。 ( 3 ) 移动a dh o c 网络密钥管理方案的研究。在移动a dh o c 网络中， 密钥管理方案具有重要的应用，它不仅是实现移动a dh o c 网络安全群组 通信系统的重要内容，而且也是支持移动a dh o c 网络中的安全路由的关 键技术。本文对移动a dh o c 网络环境下的密钥管理机制进行了研究，为 适应移动a dh o c 网络的特殊性，给出了一种新的密钥管理方案，利用节 点分簇思想构建多层次的虚拟骨干网，同时采用计算量较小的椭圆曲线密 码体制实施密钥协商和分配，缓解了节点能量受限的问题，具有一定的实 用价值。 关键词：安全群组通信，组播，密钥管理，移动a dh o c 网络 l i t h ek e ym a n a g e m e n tm e c h a n i s mr e s e a r c hi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta n d a l s ot h em o s tc h a l l e n g i n gw o r k t h i s p a p e rf o c u s e s o nm u l t i c a s tk e y m a n a g e m e n ts c h e m ef o rs e c u r eg r o u pc o m m u n i c a t i o n o nt h eb a s i so fm l l y r e s e a r c ho nt h em e r i t sa n dd r a w b a c k so fd i a e r e n tm u l t i c a s tk e ym a n a g e m e n t s c h e m e s ，t h i sp a p e rt r i e st oi m p r o v et h ee x i s t i n gk e ym a n a g e m e n ts c h e m e s i m p r o v e ds c h e m e sa r ee s t a b i l i s h e dr e t a i n i n gt h em e r i t so ft h o s ee x i s t i n g s c h e m e sa sw e l la sm a k i n gu ps o m ed e f i c i e n c i e si nt h e i rp e r f i o m a n c eo r s e c u r i t y t h e r ea r et h em a i nc o n t r i b u t i o n si nt h i sp a p e r ： t h ef i r s ti sa b o u tt h er e s e a r c ho nt h er 印r e s e n t a t i v ek e ym a n a g e m e n t s c h e m e sf o rm u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o n t h ep r e s e n te x i s t i n gk e ym a n a g e m e n t s c h e m e sf o rm u l t i c a s tg r o u pa r ec l a s s i f i e da st h r e et y p e s： c e n t r a l i z e d ， d i s t r i b u t e da n dg r o u p e ds c h e m e s c e n t r a l i z e ds c h e m es u 仃e r i n g6 o m“o n e a f r e c t i n gn( m a n y ) ” b e c a u s eo ft h ee x c e s s i v ed 印e n d e n c eo ng r o u p c o n t r 0 1 l e r ，m e a n w h i l et h eo v e r l o a d i n go ng r o u pc o n t r o l l e ra l s ob e c a m et h e b o t t l e n e c ko fs y s t e n np e r f o n l l a n c e a n dt h e yh a v ep o o rs c a l a b i l i t y r e k e y i n g i nd i s t 打b u t e ds c h e m e si sc o m p l e t e db ym e m b e rc o n s u l t a t i o n ，s ot h a tt h e y v e f f e c t i v e l ya v o i dt h ep r o b l e m ss i n g l ep o i n tf a i l u r e b u tf o rl a 玛eg r o u p c o m m u n i c a t i o n ，t h ec o m p u t a t i o nc o s ta n dr e k 叫i n gd e l a ya r ec o n s i d e r a b l e i n g r o u p e ds c h e m e s ，m u l t i c a s tm e m b e r sa r ed i v i d e di n t os e r e v a ls u b g r o u p sa n d m a n a g e db yg r o u pc o n t r o l l e ra n ds u b g r o u pc o n t r o l l e r s m e nm e m b e r j o i no r l e a v e ，r e k e y i n gc a u s e db ym e m b e rc h a n g ew a sl i m i t e di ns u b g r o u p g r o u p e d s c h e m e sr e d u c et h es t o 唱ec o s ta n dc o m m u n i c a t i o nc o s to fg r o u pc o n t r o l l e r b u tt h e r ei sn os e c u r i t ym e c h a n i s mi nt h ep r o c e s so f k e yg e n e r a t i o n t h es e c o n di sa b o u tt h er e s e a r c ho nk e ym a n a g e m e n tf o rd y n a m i cg r o u p m u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o n b e c a u s eo ft h ed i f i f e n e n c e s a n d ( 1 y n a m i c so ft 1 1 e m u l t i c a s tm e m b e r s ，m u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o ni sm o r ec o m p l e xt h a nu n i c a s t c o m m u n i c a t i o n t h i sp a p e rf o c u s e so nm u l t i c a s tc o m m u n i c a t i o ns y s t e 珊w i t h 1 a 玛eg r o u pm e m b e ra n df k q u e n tm e m b e rc h a n g e f i r s t ，t h i sp 印e rp r o p o s e s a ni m p r o v e d r e k e 弧n ga l g o r i t h mo nt h eb a s i so fl k h ，w h i c hr e d u c e s c a l c u l a t i o nc o s to fg ca n dr a i s e st h e s c a l a b i l i t y b u ti t a l s o b 打n g sn e w p r o b l e m s i n c ee a c hm e m b e rh a v et oc a l c u l a t ea n dr e k e yr e l a t e dk e yo ni t s k e yp a t h ，t h a tl e a dt oc o n s i d e r a b l ec a l c u l a t i o n 锄o u n tf o rm u l t i c a s tm e m b e r s ， e s p e c i a l l yf o rt h em e h l b e r si n1 a 玛eg r o u p a tt h i st i m e ，s y s t e mp e r f o 衄a n c e w i l lb es e r i o u s l yi n f l u e n c e d t h e r e f o r e ，t h ei 珈【p r o v e da l g o r i t h m o n l ya p p l i e st o t h es m a l l g r o u p c o m m u n i c a t i o n t h e n ， i no r d e rt o s a t i s 矽 t h e h i g h e r r e q u i r e m e n t s f o rr e k e 如n gc o s ta n ds c a l a b i l i t yi n1 a 娼e d y n a m i cm u l t i c a s t c o m m u n i c a t i o ns y s t e m l ，ah y b r i dm u l t i c a s tk e ym a n a g e m e n ts c h e m ew a s p r o p o s e db a s e do ns k d c 、l k ha n di o l u ss c h e m e s t h i ss c h e m ec o n s t m c t sa v i a b s t r a c t h i e r a r c h i c a la n dg r o u p e dk e yt r e e ，a d o p t st h er s ae n c r y p t i o na l g o r i t h m ， w h i c hi n c r e a s e st h ee x t e n s i b i l i t ya n ds e c u r i t y c o m p a r e dw i t ht h ep r e v i o u s s c h e m e s ，i ts h o w st h a tt h ec o s to fk e ys t o r a g e ，c a l c u l a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n a r es i g n i f i c a n t l yi m p r 0 v e d t h et h i r di sa b o u tt h er e s e a r c ho nk e ym a n a g e m e n tf o rm o b i l ea dh o c n e t w o r k ，i nw h i c ht h ek e ym a n a g e m e n tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i ti sn o to n l y t h ei m p r o t a n tc o n t e n tt oi m p l e m e n tt h es e c u r eg r o u pc o m m u n i c a t i o n ，b u ti ti s a l s ot h ek e yt e c h n o l o g yt os u p p o r tt h es e c u r er o u t i n gi nm o b i l ea dh o c n e t w o r k t h i sp a p e rr e s e a r c h st h ek e ym a n a g e m e n ts c h e m e sf o rt h ec o n t e x to f t h em o b i l ea dh o cn e t w o r k an e wk e ym a n a g e m e n ts c h e m ew a sp u tf o r w a r d t oa d a p tt ot h ep a r t i c u l a r i t yo fm o b i l ea hh o cn e t w o r k i nm i ss c h e m e ，t h e n o d ec l u s t e r i n ga l g o r i t h mw a se m p l o y e dt oc o n s t m c tt h ev i r m a lb a c k b o n e n e t w o r kl a y e r st h a tp e 响n 】血n gm a n a g e m e n t 如n c t i o n i ta l s ou s e st h ee 1 1 i p t i c c u ec r y p t o g r a p h yt oe s t a b l i s ha n da 1 1 0 c a t eg r o u pk e yi na n db e t w e e nt h e c l u s t e r s ，w h i c ne f f e c t i v e l yi m p r o v e st h es e c u r i t yo fk e ym a n a g e m e n ts c h e m e ， a n d h a dl o wc o m p u t a t i o nc o s ta n d1 0 wc o m m u n i c a t i o nc o s t k e yw o r d s ：s e c u r eg r o u pc o m m u n i c a t i o n ，m u l t i c a s t ，k e ym a n a g e m e n t ， m o b i l ea dh o cn e 研o r k v h 北京化t 火学硕上学位论文 v i i i 1 1 3 组播安全的主要问题3 1 2 组播研究现状4 1 3 课题来源及研究意义5 1 4 本文主要内容及结构安排6 第二章组播密钥管理方案9 2 1 组播密钥管理概述9 2 1 1 密钥管理的定义9 2 1 2 组播密钥管理需要解决的问题9 2 1 3 组播密钥管理方案的评价标准。1 0 2 2 有线网络的组播密钥管理方案1 l 2 2 1 集中式密钥管理方案1 1 2 2 2 分布式密钥管理方案。1 5 2 2 3 分组式密钥管理方案1 7 2 3 无线网络的组播密钥管理方案2 l 2 3 1 无线网络密钥管理的特殊性。2 l 2 3 2 无线网络密钥管理的研究现状2 l 2 3 本章小结2 3 第三章组播安全相关的密码学基础理论2 5 3 1 密码学在现代通信中的应用2 5 3 2 数据加密算法2 5 3 2 1 对称加密算法2 5 3 2 2 非对称加密算法2 7 v 北京化t 人学硕1 ：学位论文 3 3h a s h 算法2 8 3 4 数字签名3 0 3 5 密钥交换3 2 3 5 1 i k e 协议3 2 3 5 2d - h 协议3 3 3 6 本章小结3 3 第四章面向动态群组组播通信的密钥管理方案3 5 4 1 基于l k h 的改进密钥更新算法3 5 4 1 1l k h 密钥更新算法3 5 4 1 2 改进算法3 5 4 1 3 小结4 2 4 2 基于r s a 的混合组播密钥管理方案4 3 4 2 1 方案概述4 3 4 2 2 总体框架设计一4 4 4 2 3 子组密钥更新。4 5 4 2 4 全局密钥更新4 7 4 2 5 安全性分析一4 7 4 2 6 性能分析与比较4 7 4 2 7 小结5 0 4 3 本章小结5 0 第五章适用于移动a dh o c 网络的密钥管理方案5 l 5 1 移动a dh o c 网络概述5 1 5 1 1 移动a dh o c 网络的特殊性5 l 5 1 2 移动a dh o c 网络的密钥管理5 3 5 2 椭圆曲线密码体制概述5 4 5 2 1 椭圆曲线的定义5 4 5 2 2 椭圆曲线密码体制5 4 5 - 3 基于椭圆曲线的移动a dh o c 网络密钥管理方案5 5 5 3 1 符号说明5 6 5 3 2 定义和假设5 6 v i 5 7 5 7 5 8 6 0 6 0 6 l 6 2 6 5 6 7 致谢7 1 研究成果及发表的学术论文7 3 作者与导师简介7 5 v l i 北京化t 火学硕l ：学位论文 v i i i 2 1 2t h ep r o b l e m sn e e dt os o l v c di nm u l t i c a s tk e ym a i l a g e m e i l t 9 2 1 3t h ee v a l u a t i o nc r i t e r i ao f m u l t i c a s tk e ym a n a g 锄e n ts c h 锄e l 0 2 2t 艇m u l t i c a s tk e ym a n a g e m e n ts c h e m ef o r t o t h ec a b l en e t w 0 r k l i 2 2 1c e i l t r a l i z e dk e ym a n a g e l l l e l l ts c h e m e s 儿 2 2 2d i s t r i bu t i 甜k e ym a i l a g e m e n ts c h e m e s l 2 2 3g r o u p e d k e ym a i l a g 锄e n ts c h 锄e s i 2 3t h em u l t i c a s tk e yma n a g e m e n t s c h e 加ef o r t h ew i i 汪l e s sn e t w o r k 2 l 2 3 1t 1 1 ep a n i c u l 撕t yo f k e ym a i l a g 锄咖i i lw i r e l e s sn e 眦o r k 2 l 2 3 2t h er e s e a r c hs t a t u so fk e ym a i l a g e m e n ti nw i r e l e s sn e t 、o r k 2 1 2 3s ij m m a l w 2 3 c h a p t e r3t h e b a s i cc r y p t o g r a p h yt h e o r y r e l a t e dt o m u i j i c a s ts a f e t y 2 5 3 1n e a p p l i c a t i o no fc r y 盯o g r a p h yi nm o d e r nc o m m u n i c a t i o n 2 5 3 2d 觚ae n c r 叮i o na l g o r 兀h m 2 5 i x 北京化t 人学硕一i ：学位论义 3 2 1s 舯m e t r i c a le 1 1 c r y p t i o na l g o d t h m 2 5 3 2 2a s 妒皿e t r i c 饥c r y p t i o na l g o r i t h m 2 7 3 3h a s ha 1 9 0 n t h m 2 8 3 4d i g i t a ls i g n a t u r e 3 0 3 5k e ye x c h a n g e 3 2 3 4 1i k ep r o t o c o l 3 2 3 4 2d hp t o t o c o l 3 3 3 5 & i m m a r y 3 3 c h a p t e r4t h em u i r i c a s tk e ym a n a g e m e n ts c h e m ef o r t h ed y n a m i cg r o u pc o m m u n i c a t i o n 3 5 4 1t h ei m p r o v e m e dr e k e y i n ga l g o r i t h m sb a s e do nl i m 一3 5 4 1 1l k hs t m c t u r ek e yt r e e 3 5 4 1 2i i l l p r o v e dr e k e 姐n ga l g o r i t h m 3 5 4 1 4s u n l m a r v 4 2 4 2h y b r i dm u u i c a s tk e ym a n a g e m e n ts c h e m eb a s e do nr s a 4 3 4 2 1s c h e m ei n t i o ( h l c t i o n 4 3 4 2 2t h eo v e r a l l 丘锄e w o r kd e s i g n 4 4 4 2 3s u b g r o u pr e k e y i n g 4 5 4 2 4g l o b a lr e k e 弧n g 4 7 4 2 5s e c u d t ya n a l y s i s 4 7 4 2 6p e r f o 咖a l l c ea i l a l y s i sa l l dc o m p a r i s o n 4 7 4 2 7s u m m a r y 5 0 4 3s u i d a r y 5 0 c h a p t e r5t h ek e ym a n a g e m e n ts c h e m ef o r m o b i l ea d h o cn e t w o r k 。5 1 5 1m o b i l ea dh o cn e t w o r ko v e r v i e w 5 1 5 1 1t 1 1 ep 矾i c u l 撕t yo f m o b i l ea dh o cn e t 、v o r k 5 1 5 1 2m o b i l ea dh o cn e t w o r kk e ym a i l a g e m e i l t 。5 3 5 2e l l i p t i cc u r v ec r y m s y s t e mo v e r v i e w 。5 4 x 5 4 5 4 p t i c 5 5 5 6 5 6 5 7 5 7 5 8 5 3 6r e k e 姐n gp r o c e s sw h 铋m e i 】m e r sc h a i l g e 6 0 5 3 6s e c u r i t ya n a l y s i s 6 0 5 3 7p e r f o 姗a n c ea n a l y s i sa n dc o m p 撕s o n 6 l 5 4s u m 厦n a i y 6 2 c o n c l u s i o n 6 5 r e f e r e n c e s 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t 7 l p r o d u c t i o na n da r t i c l e 7 3 i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o ra n dt h et u t o r 7 5 x i 北京化t 人学硕一i ：学位论文 x l i 出现了许多新型的网络应用， 系统、网络游戏等，这些都属 需要将数据从一个源地址发送 播无法很好地满足这类需求， 1 9 9 8 年，d e 甜n g 首先提出了i p 组播( 也译为多播) 的基本概念。2 0 多年来， 组播技术无论在研究还是应用方面都取得了较大发展，而且逐渐形成了相对完善的通 信模型。尤其是网络技术的飞速发展，更加快了组播研究的进程，使其日趋完善，并 广泛应用于当前各个领域。 组播是介于单播和广播之间的一种传输方式。单播传输是主机将数据包拷贝依次 发送给单个主机，广播传输是把相同的数据包发送给网络上的所有主机，而组播可以 通过特定的i p 组播地址，把同一数据包发送到由若干个主机组成的组播群组，即一 组主机，而不是所有主机。 在组播应用中如果采用传统的单播方式，则发送者需要和刀个接收者之间建立独 立的连接，如图1 1 所示，相同的数据包在网络上重复发送力次，会浪费大量的网络 带宽和服务器处理能力；如果采用广播方式，不仅会将数据包发送给不需要的接收者 而浪费带宽，还有可能因路由回环而引起严重的广播风暴。组播可以实现发送者和接 收者之间一点到多点或多点到多点的网络连接，数据包不需要重复发送。发送者仅仅 单播通信 组播通信广播通信 图1 1 单播、广播和组播示意图 f i g 1 - lu n i c a s t ，b r o a d c a s t 锄dm u l t i c a s t 北京化t 大学硕l ：学位论文 发送一个i p 数据包，接下来路由器就会自动复制这个数据包，然后将数据包副本转 发给分布在不同网段的每一个接收者。这样每一条数据通路上只传输一个数据包副 本，可以使整个网络中传输的数据包拷贝的总数达到最小。与单播相比，提高了数据 传输的效率，与广播相比，避免了不必要的重复发送，降低了发送者和路由器的处理 负荷，减少了骨干网络出现拥塞的可能性。因此，组播技术在大规模的群组通信应用 方面有着明显的优越性。 组播通信最主要的特点是提供了间接标识的组播群组，通信双方不需要知道对方 的详细情况。发送者只需要将消息发送到一个组播地址( 通常是d 类i p 地址) ，接收 者只需要通知网络自己想要接收的消息来源是这个地址就可以进行通信。组播通信具 有以下一些特点： ( 1 ) 组播群组的特殊性：组播通信使用无连接的u d p 协议传送数据包，发送者在 任意时刻都可以发送数据，组播提供尽量发送( b e s te 肺n ) 服务进行数据传输； ( 2 ) 组播群组的开放性：发送者只需知道数据组播的地址，不需要知道群组内成员 个数及成员关系； ( 3 ) 组播群组的动态性：组播群组成员可以在任意时刻加入或离丌群组，完全遵循 自己的意愿，不需要经过群组管理者的授权或同意。 目前，组播的应用主要基于以下三种模式【2 】： ( 1 ) 一对多的应用模式：指有一个发送者，多个接收者，这是最常见的组播应用模 式，适用于天气预报、新闻发布、软件更新等。 ( 2 ) 多对多的应用模式：指有多个发送者和多个接收者，每个发送者可以给多个接 收者发送数据，同时每个接收者也可以接收多个发送者发送的数据。这是最复杂的组 播应用模式，适用于视频会议、交互式远程学习、多人联机游戏等。 ( 3 ) 多对一的应用模式：指有多个发送者，但只有一个接收者。这种通信模式一般 采用双向相应请求，通信双方任何一方都可以发起请求，适用于服务定位、数据收集、 多端拍卖、投票系统等。 但是由于网络的开放性和组播技术本身的局限性，组播在上述各类应用中仍然存 在很多的安全隐患，而组播系统的复杂结构也使得安全性很难保障。为实现数据传输 的保密性、可靠性和完整性，组播安全的研究至关重要。 1 1 2 组播通信的安全需求 单播通信的安全技术已经有较为成熟的发展【3 】，而组播通信安全问题在很多方面 还处于初级研究阶段。 组播通信面临的安全风险与单播通信大体相同，主要包括未经授权的数据生成、 篡改、破坏，还有非法使用数据等。但是，组播不仅可以在不同的网络拓扑结构上实 2 第一章绪论 现，还可以在不同的网络层次上实施。另外组播群组的规模、分布情况、群组成员的 动态性等都会对组播的安全性造成影响，因此组播通信面临着更大的风险，更容易遭 受安全威胁，还容易受到拒绝服务攻击。 组播的安全需求可以归纳为以下几个方面1 4 】： ( 1 ) 数据保密性：确保网络中传输的信息只能被组播群组成员得到，非组成员不能 访问组播数据。 ( 2 ) 数据完整性：提供验证收到的组播数据在传输过程是否被插入、删除、修改等。 ( 3 ) 群组管理和访问控制：只有合法的参与者才能获得发送给该组的组播数据。包 括以下几点： 对新加入的组成员进行身份认证： 给组内各个成员安全分发组密钥，即用于组播数据加密的密钥； 保证新加入的成员无法获得加入前的组播数据； 保证已退出的成员无法获得退出后的组播数据； 对组内通信的数据进行记录和审计。 ( 4 ) 源认证：数据源的身份认证，包括两个方面： 组认证：接收者能够分辨出组播数据来自组内成员还是组外成员； 成员认证：接收者不仅能辨认出组播数据来自组内成员，还可以找到具体的发 送者。 ( 5 ) 匿名性：即接收者无法从接收到的组播数据推断出发送者的身份。 1 1 3 组播安全的主要问题 组播密钥管理和源认证是目前组播安全面临的最基本也是最重要的问题，除此 以外，还有访问控制、数据完整性和服务可用性等安全问题也需要考虑。 1 1 3 1 组播密钥管理 在组播安全中，密钥管理是一个非常重要但又十分困难的问题。组播密钥管理指 的是组密钥的生成、分发和更新。组密钥是一个被所有组播成员共享的密钥，主要用 来对组播数据进行加密和解密等安全操作，从而保证通信的保密性。与单播密钥管理 相比，组播密钥管理具有一些独特的要求，包括前向安全性、后向安全性和抗同谋破 解等。 3 北京化t 大学顾 ：学位论文 1 1 3 2 组播源认证 组播源认证是组播安全的另一个重要内容。组播通信需要确保组成员收到的数据 包来自它所声称的那个发送地址，如果这个数据包被别人非法篡改过，组成员接收到 后可以通过识别发现，这就是组播源认证的要求。 在单播通信中，使用对称密钥加密即可有效解决认证问题【5 1 。但是在组播通信中， 使用对称加密并不能解决问题，因为每个接收者都有可能利用该密钥伪造签名。组播 源认证的需求有以下几个方面 ( 1 ) 包认证：每个接收者可以确保收到的数据包是来自发送源并与原数据包一致。 ( 2 ) 抗包丢失：即使有部分数据包在传输过程中丢失，接收方也可以对收到的每一 个包进行认证。 ( 3 ) 不局限于丢失模型：除了具备抵抗包丢失的健壮性以外，在发生连续包丢失、 突发包丢失、以及其他类型的包丢失等情况时，接收者仍然可以认证每一个收到的数 据包。 ( 4 ) 抵御拒绝服务攻击：拒绝服务攻击是指恶意发送者故意发送大量无用消息给接 收者以消耗网络带宽或降低接收者处理能力，使接受者无法j 下常通信。 1 2 组播研究现状 2 0 世纪8 0 年代，斯坦福大学的博士s e d e 舐n g 就在他的两篇论文1 6 】中提出了i p 组播的可能性； 1 9 8 8 年，文献 7 中首先实现了组播路由协议； 1 9 9 1 年，文献 8 的发表奠定了组播网络体系结构和路由协议的基础 1 9 9 7 年，组管理协议i g m p v 2 得到了i e t f 的批准，成为标准【9 】； 1 9 9 8 年，i m t p 评估可靠性组播传输协议的i e t f 标准出台【l o 】； 1 9 9 8 年，口v 6 】组播地址分配方案为组播技术在下一代i i l t e n l e t 上的应用做好了 准备； 2 0 0 0 年底人们着手制定各种组播m i b 库，标志着组播技术开始向着可管理、可 控制的方向发展。 之后，i e t f 成立了多个研究小组，包括m a 舯a 、m s e 、s s m 、r m t 等，专门从 事组播安全方面的研究，获得了很多研