【摘要】：目前,互聯(lián)網(wǎng)的核心是TCP/IP協(xié)議,該技術(shù)的設(shè)計初衷是針對端到端的主機通信。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)量爆炸式增長的同時,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)內(nèi)容也在急劇膨脹,它的自身缺陷會導(dǎo)致靈活性低、易擁塞、擴展性低等問題,以至于無法應(yīng)對日益增長的大規(guī)模數(shù)據(jù)內(nèi)容分發(fā)。為了解決這些問題,國際上有兩種主流的方法:一種是不斷改進(jìn)現(xiàn)有的IPv4協(xié)議使其過渡到IPv6協(xié)議;另一種是從根本上去解決問題,即采用全新的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)信息中心網(wǎng)絡(luò)(Information Centric Networking,ICN)。ICN中最具代表性的就是命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Name Data Networking,NDN),經(jīng)過多年研究,它在全球各地網(wǎng)絡(luò)研究者的努力下逐步發(fā)展,從眾多ICN研究項目中脫穎而出,被認(rèn)為是當(dāng)前最有發(fā)展前景的方案之一。在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中,用戶關(guān)注的重點不在于內(nèi)容的位置,而在于內(nèi)容本身,即以數(shù)據(jù)消費為驅(qū)動。命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供了基于數(shù)據(jù)本身的安全機制和相當(dāng)靈活的路由策略,同時提高資源重復(fù)利用率。本文采用形式化方法開展了對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建模與驗證,我們主要著重于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在無線網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用、內(nèi)容訪問控制和路由協(xié)議三個方面進(jìn)行深入研究。首先,研究了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,提出了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全無線網(wǎng)絡(luò)演算(SCWN),在演算中刻畫它的特殊機制。然后,分別使用邏輯化分析和模型檢測的方法對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容訪問控制解決方案進(jìn)行分析和建模,檢驗它是否能保證關(guān)鍵密鑰和數(shù)據(jù)的安全性。最后,應(yīng)用時間自動機對NLSR路由協(xié)議進(jìn)行建模、分析和驗證。本文的主要內(nèi)容與貢獻(xiàn)包括:·本文提出了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全無線網(wǎng)絡(luò)演算(SCWN)。它引入了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中特殊轉(zhuǎn)發(fā)機制和數(shù)據(jù)緩存機制,同時也加入了新的通道安全機制來支持網(wǎng)絡(luò)的安全性。SCWN演算從進(jìn)程層面和網(wǎng)絡(luò)層面對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刻畫,并加入一些特殊參數(shù),進(jìn)一步描述了無線節(jié)點對Interest包和Data包的不同處理,以及普通通道和受保護(hù)通道的隔離通信。本文把SCWN演算應(yīng)用到了LFBL協(xié)議中,成功刻畫了該協(xié)議,并用圖論的方法提供了對性質(zhì)的驗證方案�！け疚难芯苛岁P(guān)于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容訪問控制解決方案。采用了兩種方法來對該解決方案進(jìn)行分析和驗證。第一種是邏輯化分析方法,通過對BAN邏輯進(jìn)行拓展,得到改進(jìn)的BAN邏輯,并將此應(yīng)用于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容訪問控制解決方案。本文首先用邏輯公式描述該解決方案的前提,然后把該解決方案的過程步驟也用邏輯公式刻畫,最后把該解決方案的安全目標(biāo)也轉(zhuǎn)化為邏輯公式。之后采用改進(jìn)的BAN邏輯的推理規(guī)則,來判斷是否能從該解決方案的過程步驟推導(dǎo)出其安全目標(biāo)。發(fā)現(xiàn)存在一些安全目標(biāo)無法被推導(dǎo),即存在安全漏洞。于是增加了符合實際的新假設(shè)來支持安全目標(biāo)的推導(dǎo),從而提高了內(nèi)容訪問控制解決方案的安全性�！け疚睦^續(xù)針對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容訪問控制解決方案,采用了第二個形式化方法——模型檢測。使用通信順序進(jìn)程(CSP),對該解決方案中的讀取者、寫入者和訪問控制管理器這些實體的行為進(jìn)行建模。為了模擬真實情況,在模型中加入入侵者、被入侵的讀取者和被入侵的寫入者。使用線性時態(tài)邏輯(LTL)對一些安全相關(guān)的性質(zhì)進(jìn)行描述,而后借助模型檢測工具PAT對其進(jìn)行驗證。在這過程中,我們發(fā)現(xiàn)了一些無法驗證通過的性質(zhì),進(jìn)而對模型進(jìn)行符合實際的改進(jìn),支持了性質(zhì)的驗證�！け疚氖褂脮r間自動機對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的NLSR路由協(xié)議進(jìn)行建模。針對每個路由節(jié)點上維護(hù)的LSDB是否同步進(jìn)行驗證。采用支持時間自動機的模型驗證工具UPPAAL對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)機制和NLSR協(xié)議的同步機制進(jìn)行了實現(xiàn),并驗證了模型相關(guān)性質(zhì)。之后測試了多個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱鼍?找出了兩個無法完成同步的特殊場景,給出對應(yīng)的解決方案,進(jìn)而提高了協(xié)議的魯棒性。
【圖文】：

圖 6.5 NLSR 模型基本性質(zhì)的驗證結(jié)果A B0 0A B0 0Produce N1Interest Name Interfaces/sync-prefix/1000 0PIT of Router A and B:Interest Name InterfacesPIT of Router A and B:①②(a) 節(jié)點A和B相互發(fā)送SyncInterest包。(b) 節(jié)點A產(chǎn)生了名字 N1并更新了自己的名字集合。然后根據(jù)他們在(a)中各自的PIT，，按順序完成 SyncData包的返回。A B0 0Interest Name Interfaces/sync-prefix/1111 0PIT of Router A :(c) 節(jié)點B產(chǎn)生名字N2和N3。節(jié)點A和B相互發(fā)送Sync Interest包。Produce N2and N3Interest Name Interfaces/sync-prefix/1100 0PIT of Router B:Digest=1000 Digest=1000Digest=1100 Digest=1100Digest=1100 Digest=1111圖 6.6 NLSR 模型第一個測試場景中路由器 A 和 B 之間的通信關(guān)系 。表 6.2 NLSR 模型測試場景中出現(xiàn)的名字集合和摘要的關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.0

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本文編號：2657062