移动Ad hoc网络密钥管理方案分析

移动Ad hoc网络是一种特殊的无线网络，它由多个移动节点自主组成，不需要预设的基础设施支持，可以在任何时间和地点快速部署。这种网络具有动态拓扑变化、无线通信、分布式协作和有限的计算与通信资源等特点。因此，移动Ad hoc网络在提供便利的同时，也面临着众多安全威胁。 密钥管理是保障网络安全的关键技术之一，涉及到密钥的生成、分配、存储、销毁等多个环节。在移动Ad hoc网络中，密钥管理方案的设计尤为关键，因为它直接关系到网络的安全性能和应用的有效性。为了实现有效的密钥管理，主要存在以下几种机制： 1. 预共享密钥：这是最简单的密钥管理方式，要求所有网络节点在加入网络前通过安全的信道共享密钥。这种机制的优点是密钥协商速度快，计算开销小，但缺点是不够灵活，扩展性差。在预共享密钥机制中，还可以细分为几种不同的方法，比如预置全局密钥、预置所有密钥对以及随机预共享密钥等。 2. 密钥协商：该方式允许网络中的节点在相互之间通过安全的协商过程来生成共享密钥。这种机制通常采用基于公钥和私钥的密码体系，例如著名的Diffie-Hellman（DH）密钥交换协议。密钥协商的好处是不需要预先分发密钥，因此，它能较好地应对网络拓扑的动态变化。但是，密钥协商过程中的计算量较大，需要较多的通信资源，并且当有节点加入或离开网络时，需要重新进行协商，这会引入额外的开销。 3. 密钥分发：这是利用公钥密码系统中的密钥生成过程，在网络中分发密钥的技术。这种方法通常涉及中央权威机构来分发公钥和私钥对。密钥分发可以确保较高的安全性，但在移动Ad hoc网络中，由于不存在中央信任机构，这一机制并不适合。 文章中提到了随机预置共享密钥方案，这是一种预共享密钥的实现方式，每个节点从密钥池中随机选取密钥，并通过特定的发现机制建立邻居节点间的共享密钥。当网络组建完成，只有共享密钥的节点才能通信。这种方法适用于节点能够保证连通性的随机拓扑网络。 此外，文章还介绍了密钥协商机制中的“超立方体”密钥分配协议。该协议假设每个通信用户对应一个超立方体顶点，并通过DH协议逐轮计算密钥。用户数量必须是2的幂次，协议运行d轮，每个用户在每一轮与特定的用户进行DH协议操作，最终生成共享密钥。该协议能保证在分布式环境中安全地分发密钥，但需要用户间高度同步和较大的计算资源。 文章还介绍了一种预共享密钥方案的具体实现方式——HARPS（Hash-based approach for random pre-shared key distribution system）。HARPS方案中，节点通过公钥生成函数和根密钥生成衍生密钥，并通过哈希运算确定共享密钥。由于使用了单向哈希函数，该方法具有较好的安全性，并且不需要进行信道传输，降低了密钥交换过程中的安全风险。 密钥管理在移动Ad hoc网络的安全中占据着核心地位，需要综合考虑网络的动态性、节点的计算能力和密钥的安全性等因素。目前，研究者们提出了多种密钥管理方案，每种方案都有自己的优点和缺陷。在设计移动Ad hoc网络的密钥管理方案时，需要根据实际应用的环境和需求，权衡各种因素，选择最合适的密钥管理机制，以确保网络的高效、安全和可靠性。