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融合网络要进入商用,安全计费问题急待解决。在异构体系结构上,必须有安全的计费系统的 支持。在蜂窝网和 MANET的融合网络基础上,提出一种基于激励的安全计费方案,采用费用收据 防止反拒认攻击,同时引入密码流机制和消息认证码技术保证信息安全。安全分析表明所提方案 不仅可以允许自私节点的存在,从而满足节点的理性需求,还可以防止拒绝服务( DoS)、重播、篡 改、扮演等各种主动攻击。最后通过仿真验证所提方案在低开销条件下对路由稳定性以及节点协 作性的影响。
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第 卷第 期 南 京 邮 电 大 学 学 报 自 然 科 学 版 VolNo
年 月 Journal of Nanjing University of Posts and TelecommunicationsNatural Science Jun
文章编号
一 种 基 于 激励 的 融合 网 络 安 全计费 方 案
王堃吴蒙
南京邮电大学 通信与信息工程学院江苏 南京
摘要融合网络要进入商用安全计费问题急待解决 在异构体系结构上必须有安全的计费系统的
支持 在蜂窝网和 MANET 的融合网络基础上提出一种基于激励的安全计费方案采用费用收据
防止反拒认攻击同时引入密码流机制和消息认证码技术保证信息安全 安全分析表明所提方案
不仅可以允许自私节点的存在从而满足节点的理性需求还可以防止拒绝服务DoS重播篡
改扮演等各种主动攻击 最后通过仿真验证所提方案在低开销条件下对路由稳定性以及节点协
作性的影响
关键词融合网络安全计费节点激励
中图分类号TN文献标识码A
An IncentiveBased Secure Accounting Scheme for Converged Networks
WANG KunWU Meng
Collage of Communication and Information Engineering Nanjing University of Posts and TelecommunicationsNanjing China
AbstractThe issue of secure charging must be solved before converged networks are employed in commercial
applicationsIn order to solve this problem a secure incentivebased accounting scheme for converged networks is
proposedThe scheme utilizes charging receipt to thwart nonreputation attacksMeanwhile Message Authentica
tion Code MAC and stream cipher mechanism are introduced to offer information securitySecurity analysis
shows that the proposed scheme not only grants the existence of selfish nodes to meet their rational demand but also
is robust enough to prevent various active attacks eg denial of services DoS replay attacks tampering at
tacks and impersonation attacksFinally simulation analysis indicates the influence of proposed scheme on rou
ting stability and node cooperation in low overhead
Key wordsconverged network security accounting node incentive
收稿日期修回日期
基 金 项 目 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 计 划
AAZ 江 苏 省 六 大 人 才 高 地 基 金
省 江苏省基础研究计划 BK
资助项目
通讯作者王堃电话
Emailskydondongmailcom
0引言
通信技术在近 年内呈现出异常繁荣的景象
这也带来了多种类型通信网络的共存即融合网络
融合网络的目的主要是实现各种信息快速可靠安
全的交换与传输即通过网络高质量地提供各种各
样的服务 对于移动通信运营商而言充分保证用
户在网络中能够享受到各种服务提高用户体验质
量是无线网络发展的必然方向 许多研究者已经
设计了不同融合网络之间的无线平台但是不同技
术不同容量和不同功能的融合是个相当复杂的任
务 融合网络的关键技术涉及到传输功率同信道
干扰信道分配拓扑结构路由移动性切换负载
平衡协作能力计费和服务质量QoS等方面 而
其中对于计费方案的选择和计费标准的设定更是关
键问题 运营商总是希望达到利益的最大化和最高
的使用效率 而对于用户来说最重要的就是价格
的可接受程度与所提供的 QoS 之间是否成正比
融合网络要进入商用安全问题
急待解决
在有固定体系结构的基础上必须有安全的计费系
统的支持这里主要讨论的就是计费的安全 安全
计费一般就是保证费用使用资源的费用和通信的
费用的准确性防止反拒认攻击
其次就是根据
MANET 的特点需要防止节点的各种主动攻击比
如 DoS 攻击重播攻击
篡改攻击扮演攻击
等 基于此在蜂窝网和 MANET 的融合网络基础
上提出一种安全的计费方案采用费用收据
防
止反拒认攻击节点的计费奖励方案
对发送者有
付费要求而对转发者有奖励措施这就在自私节点
存在的环境下激励了节点的协作 同时采用密码流
机制和消息认证码技术
防止各种主动攻击
1相关工作
11融合网络的体系结构
融合蜂窝网和 MANET 的特点的融合已经受到
了广泛的关注因为可以通过融合来提升相互的优
势 目前 MANET 与蜂窝网的融合模式
有两类
一类是 MANET 辅助式系统即在原有蜂窝网的基础
上融合 MANET 的组网方式处于蜂窝小区中的移
动节点不仅可以通过基站进行通信还可以通过 MA
NET 网络方式进行通信用于解决热点地区业务分流
或边远地区业务覆盖问题 在蜂窝网基础上增加节
点之间的 MANET 中继功能能提高原有蜂窝网的覆
盖范围和系统的容量增加了蜂窝网的灵活性和健壮
性 同时也使在小范围内提供高速无线数据通信成
为可能 这类网络中比较典型的体系 结 构包括
UCANUnified Cellular and Adhoc Netnork Architec
ture
和 ODMA Opportunity Driven Muctiple Ac
cess
等 另一类是蜂窝网辅助式系统即利用蜂
窝网的集中控制特点来解决 MANET 的管理困难问
题而蜂窝网并不参加 MANET 网自身的路由数据
转发等工作 这种类型的网络结构以 CAMACellular
Aided Mobile Adhoc Network
为代表
12融合网络的计费现状
融合网络的模型已经研究出多种其自身的特
性对计费机制产生了新的要求 首先许多通信业
务只是由节点间的中继转发来完成而不需要经过
基站 因此基站对于覆盖范围内的业务并不拥有
完备的信息 其次电信运营商已不再是服务的唯
一提供者负责中继转发的中间节点也为通信用户
提供了相应的服务 在 MANET 中节点自身要完
成所有的网络功能 每个节点不仅是终端还是路
由器 由于缺乏路由设备节点不得不协同工作
节点是理性的它们的行为严格地由自己的利益决
定 自私节点为了保存自己的资源只利用其他节
点的资源自己却不参加协作 它们并不想破坏网
络但其行为会大大地影响网络性能
根据博
弈论
MANET 的协作是个两难困境
节点为
了节省自己的电池容量带宽和处理功耗它们就不
应该为其他节点转发数据包 但是这样造成的结果
就是一个不实用的多跳路由网络所有的节点都会
离开 所以必须给予一定的补偿来激励其为其他的
用户进行数据的转发 这些特性就要求必须针对融
合网络设计新的计费机制以保证准确记录为用户
提供服务的其他用户的身份服务时间和传输流量
等信息 基于上面提到的融合网络的特点计费方
案的研究一般要和节点的协作激励问题结合考虑
这就加大了设计计费模型的难度 虽然现在已经提
出了许多基于费用奖励机制的激励方案但融合蜂
窝网和 MANET 的融合网络的具体计费模型还没有
出现
13已有的蜂窝网与 MANET 融合的计费
方案
小额付费方案
鼓励多跳蜂窝网中的节点协
作阻止不诚实的行为 产生数据包的节点根据数
据包的重要性确定奖励级别 随后此方案又作了一
些改进
他们为每个节点引进了一个本地 Nu
glet 计数器
在 MANET 中处理低效路由同时利
用一个中心审核实体来更好的解决误用路由的问
题 Nuglet 的不足在于单一的计数器未解决自私节
点的问题由 于 忽略 了节 点选择的 自 由 是 否协
作所以不适合商业应用单跳下行链路不易实
现 文献也提出的是类似的计费方案这里协
作节点在融合网络中得到奖励 它们都依靠中心的
计费和安全机制 为了奖励转发数据包的中间节
点这两种方案都需要从发送方到接收方的完整路
由信息 但是由于节点的移动性源路由并不是完
美的 另外当节点在不同的 MANET 中时两种方
案都不支持发送方和接收方之间的费用平摊 发送
方也需要支付网关到目的地的费用
第 期 王堃等一种基于激励的融合网络安全计费方案
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