的身份验证技术的探索与应用密码学身份验证技术的探索与应用

密码学的防窃听方法是通过加密的方法实现安全网络通信，比较传统的方法是采用链路加密方式对编码后的数据进行加密传输。这种方式虽然能很好地实现防窃听，但是，由于网络中的每个节点需要对加密后的编码数据包进行加解密，节点的计算开销非常大，严重影响了整个网络的性能，如网络时延巨大等。现有的基于端到端加密的方法主要分为两类。

2.3.2.1　P-Coding

结合随机线性网络编码自身固有的安全性，采用置换加密的方法，Zhang等人[25]提出了一种基于密码学的安全网络编码方案，该方案适用于随机线性网络编码，它主要通过保证计算的安全性来实现编码安全。P-Coding方案分为三个阶段：源节点编码、中继节点再编码和目的节点解码等三个阶段。

（1）源节点编码。

在源节点s处，假设网络最大的多播速率为ω，那么源节点一次可发送的ω个数据包表示为X=（x1，x2，…，xω）。

①源节点在每个发送的数据包的首部加上该数据包对应的单位向量，从而得到，那么。

②采用随机方式为ω条虚拟信道e1，e2，…，eω选取全局编码向量，并且采用选取的全局编码向量对XT中的数据包进行线性组合，从而得到每条虚拟信道上传输的编码数据，1≤i≤ω。

③对于每个编码消息，源节点s对其进行置换加密从而得到编码消息的密文，并将加密的编码数据发送给目的节点。

（2）中继节点再编码。

中继节点会对收到的编码消息进行随机网络编码。每条虚拟信道e∈E上传输的数据为，其中表示随机选取的局部编码向量。由于源消息对应的全局编码向量被置换加密后重新排列，但中继节点并不知道置换密钥，因此中继节点很难重构出源节点发送的信息。

（3）目的节点解码。

对于从每条入边ei上收到的密文数据包cei，目的节点t首先对其进行置换解码，该过程表述为。目的节点t收到ω个线性无关的数据包后，有表示目的节点t入边上的全局编码向量构成的列矩阵，表示矩阵Yt的转置。

在该方案中，由于线性组合与置换函数的操作是可以交换的，因此，每个中继节点可以对收到的密文编码数据包进行透明的再编码操作。中继节点的这种透明性操作极大地提高了编码效率，这主要是由于中继节点不需要额外的操作。此外，P-Coding方案要求有一个密钥分发中心，该中心负责生成密钥并安全地为目的节点传送随机密钥k。另外，当节点发送的数据量比较大时，节点需要对数据进行分割分批传输。由于该方案在数据传输过程中只使用了一个密钥，为了解决P-Coding方案因单一密钥被破解造成的传输数据泄露，Zhang等人对每次传输数据对应的密钥进行随机变动，也就是对不同批次的传输数据采用不同的密钥进行置换加密。

2.3.2.2　SPOC

对于窃听能力很强的攻击者，现有的信息论方法起不到安全防窃听的效果，这主要是由于基于信息论的方法都是假定攻击者窃听能力是有限的。Vilela等人[26]提出了SPOC安全编码方案，该方案基于密码学，其实现过程如下。(www.xing528.com)

（1）源节点初始化。

①源节点选择密钥管理机制，该机制用于实现源节点和目的节点之间共享密钥k的交换，密钥k用于对源节点初始编码系数进行不变长加密。

②源节点生成ω个数据包，这些数据包可以表示为矩阵形式M=（m1，m2，…，mω），该矩阵M中，每一列对应源节点的一个数据包。

③源节点随机选取ω线性无关的编码向量（f1，f2，…，fω），并使用这些编码向量对源数据包进行线性组合，得到编码数据包mT=Mfi=。每个编码向量fi=（fi，1，…，fi，ω）T，这些编码向量均为ω维列向量，源节点编码后的数据包为。

④源节点使用共享密钥k对每个编码向量进行加密，ci=Ek（fi）（1≤i≤ω），从而得到编码向量的密文C=（c1，c2，…，cω）。

⑤源节点构造新的数据包，每个新的数据包由三个部分组成。其中，第i个位置为1，其他位置为0的向量为单位向量ui。因此，源节点最终发送的数据包为）。

（2）中继节点编码。

对于网络中的每个中继节点，它们按照通用的随机网络编码方法对数据包进行编码和传输，每条信道e∈E上传输的数据包表示为ye=

（3）目的节点解码。

当目的节点t收到ω个线性无关的数据包时，节点t可以通过如下解码过程获得源数据。

①目的节点t采用高斯消元法得到密文编码向量C和编码消息M＇。

②节点t使用共享密钥k对密文编码向量C进行解密，从而得到编码向量F。

③目的节点t对矩阵（F，MF）进行高斯消元，得到源节点发送的原始消息数据包M，从而完成整个数据的传输。