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基于单密钥的特定源多播安全机制

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维普资讯 http://www.cqvip.com 计算机科学2006Vo1.33 NQ.3 基于单密钥的特定源多播安全机制 ) 李拥军 齐德昱 (华南理工大学计算科学与工程学院 广州510640) (广州市广播电视大学理工部 广州510260) 摘要 由于多播网络体系结构中多播数据发送不是点对点的方式,因此传统的端到端的安全不适合多播网络体系 结构。在多播数据发送前,多播数据的接收者只要公布自己的公/私钥对中的公钥以及在发送加入组成员消息时告诉 多播数据的发送者它的一个密钥,而无须知道多播源发送数据的加密密钥;多播数据发送者在每一次发送多播数据 时,随机地选出一个密钥对发送的信息进行加密,但该密钥不是直接告诉多播数据接收者,gt-收者在进行解密数据时, 首先必须利用自己的私钥以及发送给多播数据发送者的密钥求得加密数据的密钥,然后才能进行原文解密。 关键词 网络安全,特定源多播,公钥,会话密钥 The Strategy of Security of Source Speciifc Multicast Data Forwarding Based on Single Encrypted Key LI Yong-Jun QI De ̄Yu (school of Computer Science&Engineering。South China University of Technology,Guangzhou 510640) (Radio&Television Guangzhou Unirersity.Guangzhou 510260) Abstract In forwarding muhicast the way of switching data is not point to point,the traditional security model on end to end is not conformable.The approaches solve the problem,which forwarding multicast data,all of multicast receiv— ers must know a common key code.Before forwarding secure muhicast data,the receiver may not know the password, which the source encrypt data with,and it only announces its public key code and the session password,which they ne— gotiate about when the receiver join a muhicast group.While the muhicast source send muhicast data,it stochastically choice the session key,which is encrypted muhicast data and is informed the receivers directly.Before the receivers de— crypt the cryptograph,they must obtain the session key that is encrypted multicast data. Keywords Network security,Source specific muhicast,Public key,Session key 1 引言 基于上面的策略和现阶段加密算法的研究境况,在加密 传递过程中,可以用公开的加密算法完成会话密钥的加密,这 在多播体系结构中,对于一个多播组来说,可以有多个多 样的算法可以有基于大数难于分解因子的RSA算法、基于计 播源,构造多点到多点的应用模式。而在实际的应用中,特定 算离散对数困难的ELGmamal算法以及基于椭圆曲线的公 源的多播有比较好的应用前景,尤其对于多播数据供应商来 开密钥算法等 实际要传递的网络信息用相对快速的算法加 说,应用对特定源[】]的多播数据的预定功能,既可以在安全方 密,如lUEA、DES等加密算法,它们用到的密钥就是会话密 面进行控制,还可以控制多播业务的计费问题 在本文中考 钥[s1 L(】]。 虑基于特定源的多播模型。 随着网络通讯技术的不断发展,网络速度的瓶颈已从网 2特定源多播数据传输安全性解决方案 络的带宽转向主机、路由节点处理信息的能力;而网络安全是 多播通信涉及的安全问题比单播通信复杂得多,IETF/ 一个复杂的过程,在进行网络通讯时既要考虑网络信息不被 II汀F SMG(安全多播研究工作组)将多播安全问题分为三个 轻易破解,又要提高计算机处理信息的能力,以加快网络传输 问题域,即多播数据处理、密钥素材管理、多播安全策略,并针 信息的速度。基于这样的考虑,我们在进行网络通讯信息传 对上述三个主要问题提出了一个安全参考框架。甚至对于标 递时可以应用下面合理的策略 j: 准的消息鉴别和保密处理也变得相当复杂口“’ 。 网络传递的大部分数据用一种普通的加密算法,这种算 在我们提出的特定源多播路由的安全机制里,主要是解 法执行的效率高、代价小。 决在特定源的多播模式下,多播源发送签名以及加密的数据, 这种算法的密钥要相当可靠,不相关的人员无从知到该 多播接收者确保多播是多播源发送的,并且只有合法的密钥 密钥。这种密钥有时候又称为会话密钥。 才能解密多播数据。多播数据的签名机制与单播数据的签名 会话密钥的传递要柑当可靠,由于会话密钥一般长度不 机制可以是一致的,一般可以利用散列函数以及公钥机制进 长,并且在整过传递过程中只要在开始时加密一次,故选择加 行解决。而对于加密与单播数据就有很大的区别了,因为多 密会话密钥的算法可以比较复杂、运算速度较慢但相当可靠 播机制重要的思想是有效地利用带宽,多播路由器负责多播 *)基金项目:广东省自然科学基金资助项目(05200300);华南理工大学自然科学基金(480E5041420)。李拥军博士后,副教授,主要研究领域 为计算机网络与人工智能,网络计算。齐德显博士生导师,教授,研究方向:分布式系统。 -108・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 数据的分发以及组成员的管理,所以考虑多播数据的安全时 要考虑多播路由器在转发数据时的作用与影响Ⅲ2 j。 在现有的一些多播安全机制中,利用组密码的方案。组 收者个数; 6、用发送者的私钥加密散列函数得到的值 +E(M))) (^ash(B 密码的策略对组密码的维护以及管理将是一个比较复杂的问 题,尤其大家共用一个组密码,对于密码的安全性提出了较大 的挑战 为此,我们认为:如果多播数据的加密能够根据多播 接收者进行个别加密将可以提高系统的安全性以及降低管理 7、发送E (hash(B+Eo(M)))+B+E(M)。 多播数据接收端receiver: 1、接收者接收 (hash(B+ (M)))+B+E(M); 2、分离E,p,(hash(B+Eo(M)))以及B+Eo(M); 密钥的难度_5 ]。 我们策略的核心思想是改变组密码,每一个加入多播组 的多播数据的接收者在每一次加密的过程中都可以分配一个 密钥s ,该密钥不是实际加密数据的密钥 ,但多播数据的接 收者只有根据s 以及事先约定的s 求出加密数据的密钥 。 这样,既可以达到加密的目标叉可以动态地更新加密数据的 密钥,如果我们在多播维护与管理过程中,引入动态的S 变 化机制,那么安全性将更好。 在下面考虑的算法中,我们用到下面的约定: PP 表第i个数据接收者的公钥, prl表示第i个数据接收者的私钥, a 表示第i个多播接收者的地址, spp表示多播数据发送者的公钥, spr表示多播数据发送者的私钥, S 是指第i个多播数据接收者之间协商的密钥,可以相 对稳定,当然也可以变化,这要根据安全性的要求。 2.1 多播数据接收者传送单密钥机制 在特定源的多播策略SSM中定义了频道的概念,频道用 一个二元组(S,G)来标识,其中S对应于源的IP地址,而G 对应于一个多播组地址。实际上在大部分的多播预定过程 中,第i个多播数据接收者通过浏览器(或其它专用软件)向 多播特定源预定特定的多播数据时,不特定要用一个组地址, 而是指定一个标识即可。如预订信息为(S,D,g, (E ( )))其中s为源IP地址,D为接收者的IP地址,而g为一 个组的标识。这样,当特定源在接收到(S,D,g,E泖(E ( )))预订消息,多播源利用多播数据的接收者的公钥以及 多播源自己本身的私钥求得在多播数据转发需要的单密钥 S 。如果必要可以分配一个组地址G,从而可以构成一个频 道(s,G),这种方案即解决了组地址的分配问题,叉带来了灵 活性。 2.2多播数据安全转发算法 利用多播源以及多播数据接收者的公/私对,多播数据接 收者发送给多播源的单密钥,可以设计安全性比较好的算法。 具体的算法描述如下: 多播源数据发送端sender: 1、利用某种策略计算得到加密的密钥 ; 2、利用加密的密钥 对需多播数据M进行加密得到E (M); 3、设置一个初始数据B,初始为空; 4、对每一个多播数据接收者循环计算: a、由 以及s 计算s ; b、利用第i个多播数据接收者的公钥户户 以及s 计算得 到E (口 +s ); c、把计算得到的E (“l+s )与B相加并且赋给B B—B+ (口 +s ); d、还有多数据接收者,则转4,否则退出循环; 5、散列函数hash计算B+E(M)得到hash(B+Eo (M)); //其中;B—E 1(口l+ 1)+…+ (an+s ), 为接 3、多播数据的接收者利用发送者的公钥spp求得: X=hash(B+Eo(IV1))一D,pp(Epr(hash(B+Eo(M)))); 4、接收者利用散列函数, ^以及B+E(M)计算 y—hash(B+Eo(M)) 5、比较X=Y是否成 ,成立转6,否则结束算法。 6、接收者分离B+E(M)得到B和E (M); 7、循环执行下面语句: a、依次|从B取E (口 +s );//i可以从1到 ; b、用接收者的私钥进行对 ,(n + ,)进行解密, D (E柳(n +s )))得到a 和 ; c、如果接收者的 声地址与n 一致,则结束循环,否则, 继续循环 8、利用是和s 求得 ; 9 利用 解密出多播数据M一 ( (M)) 3 多播数据传输安全性解决方案分析 该策略解决了在多播数据发送过程以前必须知道一个共 同的组密码的问题。在多播数据发送前,多播数据的接收者 i是无须知道多播源发送数据的密钥,它只要公布自己的公/ 私钥对声 以及 以及在发送加入组成员消息时告诉多播 数据的发送者它的一个密钥S ;多播数据发送者在每一次发 送多播数据时,随机地选出一个加密数据的密钥 对发送的 信息M进行加密E (M),但加密数据的密钥 不是直接告诉 多播数据接收者;接收者在进行解密数据时,首先必须求得 ,然后才能进行解密 (Eo(M))求的原文。 该策略最精妙的地方是在发送加密数据丘( 的前面 带了一个用于求加密密钥的头部B—E (“ + )+…+ E蜥(an+s )信息,而每一个接收者只要利用自己的私钥进 行解密即可;由于多播数据的接收者是动态变化的,因此很难 用编号的机制告诉多播数据的接收者那一个 (“ +s )是 它用于求s 的信息;在这里我们巧妙地利用多播数据接收者 的ip地址解决这一问题。因为尽管在发送多播数据时可以 不用多播数据接收者的ip地址,但在它发出多播数据请求 时,必须包含它自己的ip地址。多播数据的接收者依次循环 解密E (口 +s ),直到得到的a 与本身的ip地址相同时即 可求得S 在求得S 和 后,叉可以求得 。 同样,我们在该策略中考虑到了数字签名的问题,数字签 名的方法利用常规的散列函数机制以及公/私钥结合的方案 在我们的算法中,发送端的第5、6步完成签名,而接收端的第 1、2、3、4、5步完成签名的验证工作,从而确保数据是多播源 发送的。 结论在我们的策略中只是考虑到在一个自治系统内部 的多播安全的方案,实际上该方案可以推广到整个Internet, 在整个Internet的体系结构中,多播数据发送者负责把多播 数据发送到边界多播路由器,多播路由器负责本自治系统的 数据分发。那么在多播发送源与边界多播路由器之间可以利 用安全策略发送多播数据,只不过接收者是多播路由器而已。 多播路由器很自然的可以利用该策略,这时多播路由器充当 (下转第137页) ・ 】09・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 识就可以查到产品相关信息,这对于产品的二次开发,产品的 务管理(会计核算、财务管理) 另外,企业电子商务平台、人 维护和系统升级至关重要。产品经过测试后,交付企业用户 力资源管理也成为其ERP系统的一个重要组成部分。在系 实施使用。 统开发过程中,对炼钢厂的运作方式进行业务过程再造,根据 各部门的职能以及各部门之间的协作方式,整理出关于财务 管理、生产控制管理、人力资源管理等多个功能模块。在企业 建模的基础上通过ERP构件的版本管理,复用软件构件,并 将多个软件构件组成软件构件组,实现模块功能。用业务构 件定制组装集成到ERP系统中。 结论基于版本的ERP产品的定制开发,综合利用软件 版本管理、领域工程和软件复用和软件构件等的软件工程方 法和ERP、批量产品定制生产的管理思想,目的是缩短ERP 产品的开发时间、降低开发成本、满足用户个性化需求的目 标,增加ERP产品的柔性和适应性。还有一些关键技术需要 进一步解决,如软件构件系统的规划技术、产品标准化技术、 图7组织模型构件的版本选择 软件开发过程管理技术、ERP产品安全与知识产权保护以及 计算机集成软件开发和定制平台等。 4.3基于版本管理的ERP产品系统维护和升级 对ERP产品来说,软件发行后的维护升级工作是软件生 参考文献 命周期最重要的环节。基于版本管理的ERP定制生产,由于 1 Krumbhoh M,Maiden N.The implementation of enterprise re source planning packages in different organizational and national 有严格的构件级和产品级的版本管理,有利于EI 产品维护 cuhuresEJ].Information System,2001,26:185 ̄204 升级工作的开展。由于ERP产品提供商的软件配置管理系 2 黄双喜,范玉顺.基于工作流的ERP统开发与实施EJ].计算机集 统保存了的企业用户完整的ERP产品以及定制构件系统的 成制造系统一CIMS,2004,2 3 赵连军,司书宾,安琳,彭炎午.基于组件技术的ERP系统开发服 版本信息,当版本升级时,ERP提供商技术支持中心可以通 务模型EJ].计算机工程,2004.7 过电子邮件将升级软件发送给用户;具有权限的企业用户也 4 吴士亮,薛恒新,韦东方.业务过程驱动的ERP系统组件化研究 EJ2.计算机集成制造系统CIMS,2004,11 可以通过Internet与ERP产品提供商建立连接,企业服务器 5 王英林,等.基于本体的可重构知识管理平台[J].计算机集成制 主程序所在文件夹中有上次升级的版本和下载时间的信息, 造系统CIMS,2003,12 企业用户服务器根据ERP产品提供商网站版本信息判断现 6 沈延森,丁秋林,姜梅.快速可重构信息系统(RRIS)的研究EJ].小 型微型计算机系统,2002,l1 行系统是否为最新版本,若否,则从ERP提供商技术支持中 7 王忠杰,徐晓飞,战德臣.一种面向重构的业务过程模型EJ].计算 心自动下载最新版本进行ERP产品升级,进行系统客户化设 机集成制造系统CIMS,2004,l1 8 薛恒新,黄慧君,杜尧。等.基于版本批量定制的ERP产品和实施 置,完成系统升级,大大提高了软件升级的效率,给用户和 服务研究EJ].南京理工大学学报,2003,27(5):567 ̄572 EI 提供商都带来了很大的便利。 9 杨荚清,梅宏,李克勤.软件复用与软件构件技术EJ-].电子学报, 1999.2 4.4基于版本管理企业需求驱动的ERP定制生产案例 1O陈兆良,王千祥,梅宏,杨芙清.面向对象领域设计中的变化性处 某炼钢厂EI 系统通过基于版本管理企业需求驱动的 理EJ-].电子学报,2001,11 11 Verville J,Halingten A.A six stage model of the buying process ERP定制实现。首先企业ERP管理思想的理解,对企业需 for ERP software[J].Industrial Marketing Management,2003, 求进行分析,对企业的所有资源进行整合集成管理,将炼钢厂 32:585 ̄594 的三大流,即物流、资金流、信息流进行了全面一体化管理,建 12 Nz C S,Gable G G,Chan T.An ERP client benefit.oriented main- tenance taxonomy r_1_.The Journal of Systems and Software, 立企业模型。炼钢厂的信息管理主要包括三方面的内容:生 2002。64:87~10g 产控制(计划、制造)、供应链管理(分销、采购、库存管理)和财 (上接第109页) 9O(3):360~391 多播数据发送者的角色。当然,如果在一个自治系统内部的 5 Bellare M,Neven G.Transitive signatures based on factoring and RS八Lecture Notes in Computer Science,2501,2002.397~414 拓扑结构复杂,也可以构成层次结构的。 6 Maria R.Intra-and Inter-Domain Muhicast Routing Protocols:A Survey and Taxonomy.IEEE communications Surveys and tutori 参考文献 als,2000,3I 2~25 7 Striege1 A.Manimaran G.A survey of QoS muhicasting issues. 1 Bhattacharyya S An Overview of Source-Specific Muhieast Communications Magazine,lEEE,2002,40(6):82 ̄87 (SSM).Network working Group RFC3569,2003 8 Varadarajan S K.Qian Tin,Campbel1 R H.Dynamic,distribu— 2 Gemmel1 J,Montgomery T,Speakman T,Crowcroft J.The ted.secure muhicast in active networks Communications,2000. PGM reliable multicast protoeol Network IEEE,2003,17(1):16 ICC 2000.2O00 IEEE Internationa1 Conference on,June 2000,3: ~22 14l1~1415 3 Judge P,Ammar^,L Security issues and solutions in multleast 9 I iu Zhaoyu,Campbel1 R H,Mickunas M n Active security sup— content distribution:a survey.Network,IEEE,Jan Feb,2003。17 port for active networks Systems.Man and Cybernetics,Part C, (1):3O~36 IEEE Transactions on,2003,33(4):432 ̄445 4 Lj V O K,Zhang Zaichen.Internet muhicast routing and trans— lO卢开澄.计算机密码学.北京:清华大学出版社,1998,12 port contro1 protocols.In:Proceedings of the IEEE,March 2002, ・ 137 ・ 

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