按需安全路由：ARIADNE技术解析

ARIADNE是一种安全动态源路由协议（Hu et al.，2005）。它通过利用多种方法，例如TESLA、消息认证码（MAC）和数字签名，提供安全的路由发现和维护服务。当ARIADNE路由发现使用TESLA时，每一跳认证“路由请求”中的信息。目标缓存“路由请求”，直到中间节点释放其TESLA密钥之后才发回一个“路由回复”。之后，它就完成源节点和中间节点的认证，并将“路由回复”按传输“路由请求”的路径原路反向发回。

ARIADNE假设每个通信源节点S和目标节点D共享消息认证码（MAC）密钥K_SD和K_DS，并且每个节点拥有一个TESLA单向密钥链，所有节点都知道其他节点的密钥链中的第一个密钥。

ARIADNE路由发现过程始于一次“路由请求”，它包括以下字段：

1）路由请求：一串表明数据包是路由请求包的码字；

2）源节点；

3）目的节点；

4）id：路由请求的标识；

5）时间间隔：对传输数据包到目的地所需时间的悲观估计；

6）哈希链：路由中所有节点生成的哈希值；

7）节点列表：路由中节点的列表；

8）MAC列表：路由中每个节点所计算出的消息认证码（MAC）值的列表。

源节点分配源、目的地节点、id和时间间隔，并且它们在数据包到达目的地节点D之前不会改变。哈希链、节点列表和消息认证码（MAC）列表在每一跳时都发生改变。源节点S首先按下式计算哈希链：(www.xing528.com)

在计算了h₀之后，源节点将初始化节点列表和消息认证码（MAC）列表为空表，并广播“路由请求”消息：

每个接收到路由请求的节点，首先检查其缓冲区的<source，id>字段。如果这一请求已经被接收，则丢弃新来的请求。节点也将检查时间间隔。如果间隔时间还有很长时间到来或者与之相关的密钥已经被泄漏，那么数据包将会被丢弃。否则，接收数据包的节点将修改哈希链h_i。假设A为距离源节点S一跳距离的节点。它将这样计算h₁：

h₁=H（A，h₀） （12-3）

它同时也会通过TESLA密钥链中的下一个密钥K_Ati来计算它的消息认证码（MAC）值，将其地址和消息认证码（MAC）值加入“路由请求”消息，并进行广播：

这一过程将被每个中间节点重复进行。例如，第三个中间节点C计算其哈希链和消息认证码（MAC）值，广播“路由请求”消息如下：

当目的节点接收到“路由请求”时，它将通过确定密钥在所规定的时间间隔内还没有被泄漏，来检查请求的有效性，最终的哈希链等于

式中，a_n是位于位置n的节点地址，同时在节点列表中存在n个节点。如果这些条件都成立，请求就是有效的。之后目标节点D计算目的地消息认证码（MAC）值M_D，准备一个“路由回复”消息，并将其沿着通过“路由请求”消息的节点列表中的单跳序列逆向得到的源路由返回。

在反向路径中，每个节点都要等待直到它能够公开自己的TESLA密钥。之后它将自己的TESLA密钥添加进去，并按反向路径发送到下一跳。

当源接收到“路由回复”消息时，它将验证每个密钥和消息认证码（MAC）值的有效性。如果它们有效，它将接受“路由回复”消息。否则消息将被丢弃。在这之后，路由被维护在“路由缓存”中直到接收到“路由错误”消息。当某个中间节点B试图向路由中下一跳节点C发送消息失败时，就会生成如下的“路由错误”消息，它将沿着反向路径被送回源节点S：

M_B通过使用在时间t_i后被公开的下一个TESLA密钥，设为错误消息中先前字段的MAC值。反向路径中的每个节点都要等待，直到检测到错误的节点在时间t_i之后公开其下一个TESLA密钥。如果公开的密钥验证通过MAC值，路由就从“路由缓存”中被移除。