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基于同态向量哈希函数和向量合并算法,提出一种能够抵御污染攻击的多源网络编码数据完整性验证方案。通过信源节点计算发送向量的哈希值,利用私钥对该哈希值进行签名,并将消息向量、哈希值以及哈希值的签名发送至中间节点。中间节点和信宿节点基于系统公钥,验证来自不同信源节点的线性编码消息的完整性。实验结果表明,当信源节点数大于200时,该方案的计算效率优于现有多源网络编码方案,更适用于大规模分布式网络数据的安全验证。
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第 41 卷 第 3 期
Vol. 41 No. 3
计 算 机 工 程
Computer Engineering
2015 年 3 月
March 2015
·专栏·
文章编号: 1000-3428(2015)03-0021-05 文献标识码: A 中图分类号: TP309. 7
基金项目:国家自然科学基金资助项目(61163038);西北师范大学青年教师科研提升计划基金资助项目(NWNU-LKQN-13-12)。
作者简介:牛淑芬(1976 - ),女,副教授、博士,主研方向:网络编码,云计算,无线传感器网络;王彩芬,教授、博士生导师;张玉磊,副教
授;曹素珍,副教授、硕士。
收稿日期:2014-04-01 修回日期:2014-06-03 E-mail:sfniu76@ nwnu. edu. cn
多源网络编码数据完整性验证方案
牛淑芬,王彩芬,张玉磊,曹素珍
(西北师范大学计算机科学与工程学院,兰州 730070)
摘 要: 基于同态向量哈希函数和向量合并算法,提出一种能够抵御污染攻击的多源网络编码数据完整性验证方
案。 通过信源节点计算发送向量的哈希值,利用私钥对该哈希值进行签名,并将消息向量、哈希值以及哈希值的签
名发送至中间节点。 中间节点和信宿节点基于系统公钥,验证来自不同信源节点的线性编码消息的完整性。 实验
结果表明,当信源节点数大于 200 时,该方案的计算效率优于现有多源网络编码方案,更适用于大规模分布式网络
数据的安全验证。
关键词: 多源网络编码;数据完整性;聚合签名;同态哈希函数;向量合并算法;离散对数问题
中文引用格式:牛淑芬,王彩芬,张玉磊,等. 多源网络编码数据完整性验证方案[J]. 计算机工程,2015,41(3):21-25.
英文引用格式:Niu Shufen, Wang Caifen, Zhang Yulei, et al. Data Integrity Verification Scheme for Multi-source
Network Coding[J]. Computer Engineering,2015,41(3):21-25.
Data Integrity Verification Scheme for Multi-source Network Coding
NIU Shufen,WANG Caifen,ZHANG Yulei,CAO Suzhen
(College of Computer Science and Engineering,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China)
【Abstract】 Taking advantage of vector merging algorithm and homomorphic Hash function,this paper proposes a data
integrity scheme for multi-source network coding against pollution attacks. Each source node computes raw massage’ s
Hash values and uses a secure mechanism to sign the Hash values,then appends the Hash values and its signatures to each
message which sends to forward nodes and sink nodes. The forwarder can verify the integrity of network coded data from
different source nodes without knowing the sources private keys and generating the Hash for the combined messages.
Experimental results show that the computation efficiency of the proposed scheme is better than the existing multi-source
network coding scheme,and it is more suitable for the large-scale distributed network data security verification.
【Key words】 multi-source network coding; data integrity; aggregate signature; homomorphic Hash function; vector
merging algorithm;discrete logarithm problem
DOI:10. 3969 / j. issn. 1000-3428. 2015. 03. 004
1 概述
Ahlswede 和 Cai 等人
[1]
于 2000 年提出网络编
码理论,网络编码允许网络中间节点在传统数据转
发的基础上参与数据处理,已成为提高网络吞吐量、
鲁棒性和安全性的有效方法,但网络编码易遭受系
统污染攻击,一旦网络中的某个信息被某蓄意节点
恶意篡改,或在传输过程中由于外界原因发生变异,
该污染信息将在整个网络中迅速繁殖,使目的节点
无法恢复源信息,导致网络传输失败。 在密码学中,
通常用基于同态哈希函数的签名
[2]
和同态数字签名
技术
[3]
解决线性网络编码中的污染问题。 利用签名
函数或者同态哈希函数的同态性,中间(信宿) 节点
用公钥验证数据的真实性。 文献[4]系统地讨论了
线性网络编码的安全问题,提出一个层次式抵御污
染攻击的安全协议,该协议能够实现污染节点的具
体定位。
然而,现有算法大多是针对单源网络编码设计,
而在多源网络编码中,该问题就会变得复杂,主要原
因在于:现有单源网络编码签名算法只需一个私钥
对消息进行签名,而在多源网络编码中,这个唯一的
私钥显然不能被多用户共享,且用不同的私钥签名
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