延遲容忍網(wǎng)絡安全技術研究

董思妤 王玥

摘 要 本文探討了延遲容忍網(wǎng)絡的特點與應用，然后分析了延遲容忍網(wǎng)絡當前面臨的身份認證、數(shù)據(jù)完整性、保密性、隱私性及密鑰管理等安全問題，針對安全問題，提出了相關的安全方案。

關鍵詞 延遲容忍網(wǎng)絡 安全問題 自私行為 隱私性 合作激勵

中圖分類號：TN915文獻標識碼：A

0 引言

延遲容忍網(wǎng)絡作為一種新型的無線網(wǎng)絡，能夠在特定條件或者在極端的網(wǎng)絡環(huán)境下解決標準互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議無法實現(xiàn)的信息傳輸問題。目前，其主要的研究成果集中在路由機制或者信息的傳播方法上，對于安全方面的問題研究較少。其受限的網(wǎng)絡基礎設施，使得延遲容忍網(wǎng)絡的信息安全面臨非常嚴峻的挑戰(zhàn)。

1延遲容忍網(wǎng)絡概述

延遲容忍網(wǎng)絡（DTN，Delay Tolerant Network）是一種不存在穩(wěn)定的端到端連接，具有長時延、間歇中斷、節(jié)點存儲和計算能力低等特點的網(wǎng)絡，其通信不必依賴于無線網(wǎng)絡的基礎設施，網(wǎng)絡節(jié)點之間的直接通信受到節(jié)點的運動規(guī)律與實際環(huán)境的限制。由于DTN處于間歇連接、頻繁割裂的狀態(tài)以及節(jié)點能量、存儲空間有限，因此網(wǎng)絡中斷時需要由中間節(jié)點采用“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”方式臨時存儲消息，在和目的節(jié)點相遇時將消息發(fā)送給目的節(jié)點。信息傳輸?shù)难舆t具有不確定性，源節(jié)點與目的節(jié)點之間的一個信息回程可能具有較長的時間延遲。

DTN應用非常廣泛，目前已廣泛應用于社交網(wǎng)絡、車載網(wǎng)絡、災難救援、環(huán)境監(jiān)測、軍事戰(zhàn)略、深空探測、水下探測、動物遷徙追蹤等領域。例如，當?shù)孛嫱ㄐ呕A設施遭到海嘯、地震等自然災害的嚴重破壞時，前期的救援人員與救援車輛之間可以利用各自裝備的DTN通信設備進行通信，從而把災害現(xiàn)場的情況實時發(fā)送到救援中心。在節(jié)點密度較大的情況下，也可以利用DTN實現(xiàn)消息的快速傳播。比如，國際上研究非常熱門的會說話的汽車就是利用車輛密度較大的特點，實現(xiàn)車輛之間的信息交流。當交通事故發(fā)生時，信息可以快速地傳遞給其它車輛而不用經(jīng)過交通指揮中心，從而避免交通堵塞的發(fā)生。另外，DTN可以在空間探索和未來的現(xiàn)代化戰(zhàn)場上發(fā)揮重要的作用，航天器、航母、裝甲車，甚至是單兵都可以部署成DTN的節(jié)點，這樣它們之間可以相互通信或者與指揮中心通信。

2延遲容忍網(wǎng)絡面臨的安全問題

由于DTN結構的復雜性和拓撲的多變性，網(wǎng)絡安全逐漸成為該領域的研究熱點之一，目前DTN面臨的主要安全問題如下：

（1）身份認證問題。DTN兩個節(jié)點之間的通信不必依賴于無線網(wǎng)絡基礎設施，由于節(jié)點可能無法與網(wǎng)絡基礎設施建立實時連接，所以在DTN中，無法直接應用PKI的認證方法，這將導致非授權用戶可以免費接入網(wǎng)絡自由搭載數(shù)據(jù)，甚至制造大量的垃圾數(shù)據(jù)，耗盡網(wǎng)絡節(jié)點有限的存儲空間和能量。并且對信息的真實性無法判斷，從而使得惡意節(jié)點可以向網(wǎng)絡上發(fā)送大量的虛假信息，制造混亂。

（2）數(shù)據(jù)的完整性問題。由于無線信號很容易被監(jiān)聽和截獲，所以DTN節(jié)點發(fā)送出去的信息能夠被隱蔽的竊聽者截獲甚至惡意地篡改，而且具有足夠的時間篡改或者偽造網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束。

（3）數(shù)據(jù)的保密性問題。由于源節(jié)點在發(fā)出網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束時無法預知數(shù)據(jù)將要經(jīng)過的路徑及到達目的節(jié)點的時間，因此網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束在每個中間節(jié)點上都面臨著信息泄密的問題，且有足夠的時間進行數(shù)據(jù)分析。因此，DTN的保密性要求比傳統(tǒng)網(wǎng)絡更為迫切。

（4）隱私性問題。DTN的隱私性要求包括源節(jié)點、中間節(jié)點與目的節(jié)點的身份隱私、位置隱私、傳遞內(nèi)容的隱私。

（5）密鑰管理問題。由于DTN節(jié)點之間的短距離通信，不依賴于無線網(wǎng)絡基礎設施，因此，在設計DTN密鑰管理方案時，不能假設網(wǎng)絡節(jié)點能夠隨時訪問一個信任中心，這無疑給密鑰管理方案的設計造成了前所未有的挑戰(zhàn)。目前，這方面的研究很少。

3延遲容忍網(wǎng)絡的安全方案

（1）保密方案。對DTN中的身份認證問題，有學者提出了基于HIBC （Hierarchical Identity Based Cryptography）的保密架構;還有學者利用基于身份的密碼技術設計了匿名通信和匿名認證方案，利用假名的方法實現(xiàn)了匿名保密通信。在DTN的數(shù)據(jù)保密性方面，使用基于身份的密碼學技術不失為一個比較理想的選擇。這是因為在加密時使用的是對方的公鑰，而且不必像認證時那樣驗證其合法性，所以使用基于身份的密碼學加密系統(tǒng)知道其身份標識就可以進行加密，比使用數(shù)字證書的方法要方便的多。

（2）合作激勵機制。為了增加網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束在DTN中的傳播效率，所有的網(wǎng)絡節(jié)點必須通力合作，盡可能為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束充當移動路由器，存儲、攜帶并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，但是某些節(jié)點為了節(jié)省自己的時間和能量可能會表現(xiàn)出某些自私行為。例如，為增加自己的網(wǎng)絡利用率，刪掉其它節(jié)點的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束，過多地復制自己的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束。自私節(jié)點的存在嚴重降低了網(wǎng)絡的傳播效率，因此，應研究DTN的合作激勵機制。例如：有學者提出基于TFT （Tit-for-Tat）機制的DTN路由激勵方案;有學者采用基于信用的多層次激勵機制;還有大量的旨在刺激參與者進行合作的獎勵方案陸續(xù)被提了出來。

（3）隱私性保護。在DTN中，節(jié)點的隱私性應該受到足夠的重視。比如，用戶通過DTN訂閱的電子雜志內(nèi)容隱私與節(jié)點身份隱私;戰(zhàn)場DTN節(jié)點的位置隱私等。例如：有學者提出讓中繼節(jié)點把網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點經(jīng)常光顧的某個固定節(jié)點，當目的節(jié)點再次到訪該固定節(jié)點時，由該固定節(jié)點把網(wǎng)絡數(shù)據(jù)束發(fā)送給目的節(jié)點，中繼節(jié)點無法獲知目的節(jié)點的位置、身份等隱私信息。

4結論

本文探討了延遲容忍網(wǎng)絡的安全問題，隨著DTN在空間任務和地面應用的廣泛深入，報文內(nèi)容篡改、傳輸數(shù)據(jù)泄露和自私行為等問題已經(jīng)成為制約DTN發(fā)展的瓶頸。因此，研究延遲容忍網(wǎng)絡及其安全關鍵技術，完善安全體系結構至關重要。

參考文獻

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