空间信息网安全关键技术研究.pdf

摘 要

随着卫星通信技术的快速发展，由具有空间通信能力的卫星及其他航天器和
地面站组成的空间信息网络逐渐成为网络技术研究的一个热点。各类安全协议是
保证空间信息网中通信安全的基石，是空间信息网络通信系统的核心技术，安全
协议的正确性和安全性对整个空间信息网的安全起着至关重要的作用。
本文主要对空间信息网中的认证密钥交换协议、群组密钥交换协议、群组密
钥管理方案、身份认证协议、基于身份加密的密钥分发和安全路由模型进行了研
究，主要成果有：
1．设计了一个适合在空间信息网中使用的基于身份的认证密钥交换协议，进
一步证明了协议的 ECK 安全性，并通过比较分析说明了协议的安全性高、计算量
较小。
2．提出了两个群组密钥交换协议。在通用可组合模型下，提出了基于属性群
组密钥交换理想函数，并构造了一个实现该理想函数的基于身份群组密钥交换协
议，为空间信息网中基于属性的群组应用提供了安全群组通信功能。同时，根据
空间信息网中卫星结点运行在特定轨道的特点，提出了一个安全的按照轨道分簇
的群组密钥交换协议，仿真实验表明协议在空间信息网中具有较高的通信效率。
3．提出了一个 LEO/MEO 双层空间信息网中基于身份的群组密钥管理方案。
安全性分析和仿真实验表明，方案具有认证安全性、前向保密性、后向保密性以
及高通信效率。
4．为在空间信息网中使用Boneh-Boyen1基于身份加密，提出了一种针对
Boneh-Boyen1基于身份加密体制的安全密钥分发方案，有效避免了密钥生成中心获
取用户的私钥，并在标准模型中证明了密钥分发方案的安全性。
5．提出了一个新的基于 ID 的身份认证协议。分析表明协议具有标准模型下
抗仿冒攻击的安全性，并且和经典认证协议相比具有计算量小的优点，是一个切
实可行的适用于空间信息网的基于 ID 身份认证协议。
6．为了解决空间信息网中路由协议的安全性问题，针对空间信息网中卫星骨
干网的特点，详细分析了卫星网络路由协议可能遭受的攻击，使用快照序列描述
了卫星网络的动态拓扑模型，并在此基础上提出了卫星网络路由安全模型。


关键词：空间信息网 密钥管理 基于身份加密 身份认证 安全路由
ABSTRACT

With the rapid growth of satellite communications, space information networks
which are composed of spacecrafts, including satellites, with the ability of space
communication and ground stations have become an important issue. Various security
protocols works as a kind of the kernel technology for the security of space information
networks，thus their correctness and security are very crucial to space information
networks. Correctness and security of these protocols play important roles in space
information networks.
The authenticated key exchange protocols, group key exchange protocols, group
key management schemes, identification protocols, secure key issuing in identity based
encryption, and security model for routing protocols are studied in this thesis.
Firstly, an identity based authenticated key exchange protocol for space
information network is proposed. The protocol takes th