信息论安全下的防窃听网络编码研究

随着信息技术的不断普及进步,网络编码受到越来越多人的关注。如何能够在保障用户信息安全的同时,构建出高质量的防窃听网络编码已经成为了当前最突出的问题。本文通过构建防窃听的网络编码模型、并再详细理论分析、论述基础上,向广大读者介绍防窃听网络编码的基本知识。     

防窃听的弱安全网络编码

网络编码可以达到网络的最大理论多播容量,它的提出是通信领域的一项重要突破。在网络编码实际应用中,安全问题不可忽视。文中提出了一种防窃听的弱安全VSWNC算法。首先VSWNC要求信源信宿共享一个随机数生成器;其次信源端可用随机种子r在随机数生成器上生成一个范德蒙行列式P,随后用P对信源信息进行预编码处理;最后信宿端可通过r得到P从而正确解码。把VSWNC算法应用于随机网络编码中,在牺牲少量带宽的情况下能保证以概率1达到弱安全要求。     

基于抗窃听和拜占庭攻击的随机网络编码

随机网络编码目前被广泛应用于实际网络环境中,能够有效提高网络吞吐量。然而网络编码容易受到窃听攻击和拜占庭攻击。提出一种既防窃听,又能有效检测出拜占庭攻击的安全随机网络编码算法。在信源和信宿之间共享秘密信道,该算法通过哈希函数增加少量计算量和少量冗余,实现防窃听攻击和防拜占庭攻击。该算法仅在随机网络编码的基础上改变了信源节点的编码方式和信宿节点的解码方式,中间节点编码方式保持不变,具有较高的编码效应。     

NS仿真器的一个网络编码扩展

网络编码自提出以来,引起了广泛关注,在常见仿真器上对其进行仿真研究十分必要.现有的仿真器缺乏对网络编码的模拟能力.实现网络编码的相应扩展是对网络编码性能进行仿真研究的基础.选取NS2仿真器作为平台研究分析了NS2现有架构与网络编码的不兼容之处.在此基础上,首次提出网络编码扩展的实现方案,主要包括架构调整和编码模块实现两部分.最后在经典网络拓扑上进行了模拟验证.     

低轨卫星网络中的防窃听网络编码研究

针对低轨卫星网络中传输容量低、数据易被窃听等特点,构造一种适合于低轨卫星网络的防窃听网络编码方案。该方案中,信源、信宿卫星利用LFSR分别生成加密矩阵和解密矩阵对数据进行加密,中节卫星对收到的数据进行编码并转发。结果表明该网络编码方案在低轨卫星网络中能够达到弱安全,同时提高网络容量的利用率。     

基于同步卫星通信网络的弱安全网络编码

卫星通信能够克服地面组播通信中用户频繁变动带来的不足,但其使用无线传输媒介传递信息,会导致信息泄露.针对其星间链路上存在被窃听的威胁,构造了一种防窃听的弱安全网络编码方案.该方案中,利用阈值方案达到信源与信宿共享密钥的目的,数据传输过程中,信源首先对数据进行加密,然后再利用网络编码技术对信息进行编码并传输.由于窃听者不知道加密矩阵,因此其无法得到关于信源任何有意义的信息.本方案能够防止窃听者窃听到星间链路上传输的信息,达到了弱安全的要求,同时利用网络编码技术,提高了网络容量的利用率.     

多级网络编码方案

目前安全网络编码的研究有信息论安全和密码学安全两种方法。信息论安全的编码方案中,中继节点编码主要是使用随机线性网络编码（RLNC）生成编码矩阵,但是此方法并不能保证生成的矩阵一定满秩,从而影响方案的解码率。提出了一个多级网络编码（MLNC）方案,该方案通过在源端使用对角矩阵对消息进行编码,以降低编码复杂度;在中继节点,让入度大于等于2的节点作为编码节点,使用多级的网络编码使混淆效果更好,编码节点随机生成满秩的下三角矩阵和上三角矩阵,用它们的乘积作为编码矩阵,这样能保证编码矩阵满秩,接收节点可以成功解码。Matlab仿真结果表明,MLNC编码矩阵达到k-安全概率优于RLNC编码矩阵,并证明MLNC方案满足信息论安全。     

安全的网络编码所面临的挑战和对策

近年来,网络编码以其巧妙的思想展现出生机勃勃的应用前景,但是安全问题一直是其在网络中大规模应用的最大障碍。在现有研究成果上,从网络编码的基本原理出发,按照物理层和网络层两个层面对系统的各个部分进行了更加全方位的安全隐患分析;也给出了针对ACK类和编码类攻击的基于典型集和哈希函数以及马尔可夫模型的防御方法;同时提出了结合利用云计算和网络编码构建计算网络的概念;最后对网络编码的未来研究方向进行了展望。     

多跳无线网络通用网络编码结构研究

编码结构是决定运用网络编码与否的一个重要因素.根据多跳无线网络的特点,在现有的网络编码结构的基础之上,提出三种可以在无线网络中进行网络编码的通用编码结构:泛I型、泛Y型和泛X型结构.研究了网络节点对于这三种编码结构的发现、编码和解码的具体算法和过程,并对所提出的三种通用编码结构的编码有效性进行了实验仿真,仿真结果表明,编码结构的使用可以有效提升无线网络的平均吞吐量.     

基于随机线性网络编码的组播路由算法研究

网络编码NC(Network Coding)新理论是21世纪在信息论领域中的一个重要突破.其基本思想是允许网络中间节点参与编码.本文主要对随机线性网络编码研究内容、关键技术做了介绍,并阐述现有关键问题和解决方案.     

新的对抗全局窃听的安全网络编码方案

现有的对抗全局窃听攻击的安全网络编码方案存在引入了带宽开销、导致了很高的计算复杂度的问题,为了降低带宽开销并且提升实际编码效率,提出了一种新的对抗全局窃听的安全网络编码方案。对于编码域大小为q的网络编码,该方案利用密钥生成两个长度为q的置换序列,并利用置换序列对信源消息进行混合和替换,从而实现对抗全局窃听攻击。该方案只需在信源节点对信源消息进行加密,在中间节点不需作任何改变。由于该方案加密算法简单、编码复杂度低并且不需要预编码操作,因此该方案没有引入带宽开销且具有较高的实际编码效率。分析结果表明该方案不但可以抵抗唯密文攻击,对于已知明文攻击也有很好的抵抗效果。     

Secure network coding in the presence of eavesdroppers

Our concern, in the paper, is to construct information-theoretic secure network coding in the presence of eavesdroppers. Based on the generalized attack model and all-or-nothing transformation, the security of network coding in the generalized combination network can be characterized by the network capacity and the min-cut bound of wiretapping set from the source. Furthermore, it can be extended to any directed acyclic networks with single source. Compared with the traditional results, we construct informat...     

基于混沌加密对抗窃听的安全网络编码方案

针对抗窃听安全网络编码中引入额外带宽开销且计算复杂度高的问题，提出了一种基于双混沌序列的加密方案。首先，通过Cat-Logistic混沌序列对信源消息的第一维数据进行加密；然后，利用加密后的数据构造出稀疏预编码矩阵。最后，通过预编码矩阵对剩余的明文向量进行线性随机混合，从而达到对抗窃听的目的。与安全实用网络编码（SPOC）方案相比，该方案通过信源消息构造稀疏预编码矩阵没有引入额外信源编码冗余，降低了带宽开销。理论分析和实验结果表明，该方案降低了编码复杂度，提高了传输效率，有效增强网络安全性和传输效率。     

一种基于量子密码的卫星网络窃听攻击检测方法

鉴于窃听攻击是对卫星网络实施各类高级攻击行为的基础,结合量子密码在未来卫星网络的应用趋势,提出了一种基于量子密码的卫星网络窃听攻击检测方法。首先,基于卫星网络节点在空间分布上的分层特点,构建了层簇式的卫星网络窃听攻击检测模型。实际检测过程中,相邻卫星节点检测到窃听攻击威胁时,将相关预警信息经簇首节点融合后通过安全信道传送到地面控制中心,随后再根据地面控制中心反馈的安全链路构建方案构建节点间的安全通信链路。最后,对方案的安全性及有效性进行了分析。相关成果可为进一步深入开展卫星网络安全防护技术研究打下一定的基础。     

抗万能攻击的安全网络编码

提出了一种能够抵抗万能攻击者的安全网络编码算法。在敌人可以窃听所有节点和信道及污染zo个链路的情况下,该算法利用稀疏矩阵对信源信息进行矩阵变换,增强了信息的抗窃听能力,并利用列表译码法在信宿处进行译码,对污染攻击进行检测和排除。理论分析和仿真结果表明,该算法能够在多项式时间内设计完成,能够抵抗窃听和污染等安全性攻击,使得原本的随机网络编码以很高的概率达到弱安全的要求;同时提高了编码速率,减小了存储空间的占用。更重要的是,该算法仅在原随机编码体制的基础上对信源和信宿进行了修改,中间节点保持不变。     

基于混沌序列的双重加密安全网络编码方案设计

针对当前对抗全局窃听的网络编码方案计算量大、占用带宽大、安全性不高等问题,提出一种基于混沌序列的双重加密方案。首先,利用密钥对传输数据的最后一维进行加密,加密时用数据本身扰动混沌序列;然后,用另一密钥和随机数密钥生成编码系数矩阵,此时用m序列对混沌序列进行扰动;最后,用得到的编码系数矩阵对未加密消息和加密消息进行线性组合,实现对抗全局窃听。由于编码系数矩阵是由密钥生成的,不需要在信道中传输编码系数,相对于实体网络编码（SPOC）方案,所提方案节省了网络中对编码系数传输的带宽开销。分析和实验结果表明,该方案提高了网络的安全性能,对唯密文攻击和已知明文攻击都能起到作用,并且提高了传输效率,算法复杂度适中。     

安全网络编码综述

对安全网络编码的研究和发展作了综述,在介绍网络编码核心思想的基础上,详细阐述了通信网络中各种常见的攻击,并给出了对抗这些攻击所构建的安全网络编码协议,着重展示了结合网络编码的自身特点而设计的对抗各种攻击的方案;进而对安全网络编码与网络容量及网络开销之间的关系作了简要介绍;最后对安全网络编码理论的发展趋势和应用前景作了分析和展望。结合网络编码的自身特征,设计消耗资源少,对信道容量利用率高的安全网络编码将是一个发展趋势。     

Information security in a random network coding network

We consider a communication network with random network coding which can be attacked by adversaries of two types. One of them can wiretap original packets outgoing from source to destination. The other can insert its own packets into information flow, which are wrong messages for the receiver. To provide secure communication, we use a scheme based on combining the GPT (Gabidulin-Paramonov-Tretjakov) public key cryptosystem and SKK (Silva-Kschischang-Koetter) codes. Encrypted packets are transmitted to the destination through wired channels. Performance of this system is investigated. The main result is that the proposed scheme is secure against wiretapping and insertion attacks under some conditions which depend on rank code parameters.     

利用网络编码优化Ad Hoc网安全路由协议SAODV

网络编码可大大提高网络吞吐量、减少延迟。然而,由于编码意义上网络信息流的复杂性,实际应用中仍存在困难。另一方面,Ad Hoc网作为自组织形式的特殊网络,其安全路由协议是研究重点。针对Ad Hoc网安全路由协议中较优秀的SAODV,提出一种基于网络编码的优化方案,较传统编码易于实现、具有较强实用性。