無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵安全技術(shù)
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在過去的十幾年里，全球移動通信發(fā)展迅速，蜂窩移動用戶數(shù)量迅猛增長，除了單一的話音業(yè)務(wù)外，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也獲得了極大的增長。然而，無線網(wǎng)絡(luò)(包括蜂窩網(wǎng)絡(luò))仍必須不斷地提供無處不在的通信能力，以滿足人們不斷增長的通信以及接入Internet的需求。
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是個嶄新的概念——盡可能將各種類型的網(wǎng)絡(luò)融合起來，在一個通用的網(wǎng)絡(luò)平臺上提供多種業(yè)務(wù)，一直是人們追求的目標(biāo)。4G網(wǎng)絡(luò)的一個主要特征就是能夠提供多種不同無線接入技術(shù)之間的互操作，無線局域網(wǎng)(WLAN)和3G網(wǎng)絡(luò)的融合、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的融合都是無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的重要模式。網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)可極大地提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能，在支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時也為引入新的服務(wù)創(chuàng)造了條件，成為支持異構(gòu)互連和協(xié)同應(yīng)用的新一代無線移動網(wǎng)絡(luò)的熱點技術(shù)。無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合近年來受到了業(yè)界的高度重視和研究[1-6]。
如同所有的通信網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，信息安全問題同樣是無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中所必須關(guān)注的一個重要問題。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合了各自網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，也必然會將相應(yīng)缺點帶進(jìn)融合網(wǎng)絡(luò)中。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)除存在原有各自網(wǎng)絡(luò)所固有的安全需求外，還將面臨一系列新的安全問題，如網(wǎng)間安全、安全協(xié)議的無縫銜接、以及提供多樣化的新業(yè)務(wù)帶來的新的安全需求等。構(gòu)建高柔性免受攻擊的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的新型模型、關(guān)鍵安全技術(shù)和方法，是無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中所必須關(guān)注的一個重要問題。
雖然傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)(WLAN)以及Adhoc網(wǎng)絡(luò)的安全已獲得了極大的關(guān)注，并在實踐中得到應(yīng)用，然而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全問題的研究目前則剛剛起步。本文將在下一代公眾移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，研究無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的安全路由協(xié)議、接入認(rèn)證技術(shù)、入侵檢測技術(shù)、加解密技術(shù)、節(jié)點間協(xié)作通信等安全技術(shù)等，以提高無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全保障能力。
1 Adhoc網(wǎng)絡(luò)的安全解決方案
眾所周知，由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)本身固有的特性，如開放性介質(zhì)、動態(tài)拓?fù)洹⒎植际胶献饕约坝邢薜哪芰康?，無論是合法的網(wǎng)絡(luò)用戶還是惡意的入侵節(jié)點都可以接入無線信道，因而使其很容易遭受到各種攻擊，安全形勢也較一般無線網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)峻的多。目前關(guān)于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的安全問題已有很多相關(guān)闡述[7-11]。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的攻擊主要可分為兩種類型，即被動型攻擊和主動型攻擊。
目前Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)主要有二類技術(shù)：一是先驗式防護(hù)方式：阻止網(wǎng)絡(luò)受到攻擊。涉及技術(shù)主要包括鑒權(quán)、加密算法和密鑰分發(fā)。二是反應(yīng)式防護(hù)方式：檢測惡意節(jié)點或入侵者，從而排除或阻止入侵者進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。這方面的技術(shù)主要包括入侵檢測技術(shù)(監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)、信息采集、以及對于攻擊采取的適當(dāng)響應(yīng))。文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]描述了在沒有認(rèn)證中心的情況下Ad hoc群密鑰分發(fā)技術(shù)，其中文獻(xiàn)[12]還研究了密鑰建立的有效性。然而這二種密鑰分發(fā)方案僅僅只適用節(jié)點之間彼此可以直接通信的小規(guī)模的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。還有由網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點共同協(xié)作完成認(rèn)證中心(CA)功能的分布式認(rèn)證的門限密碼方案，該方案改善了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，因為它排除了一個或少量節(jié)點的捕獲而摧毀整個網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理的可能性。文獻(xiàn)[14]研究了一種非集中式的密鑰分配方案，假設(shè)每個移動節(jié)點在它的近鄰有一個可信賴的節(jié)點群，二個節(jié)點通過合并它們各自的節(jié)點群的相關(guān)信息進(jìn)行公鑰交換，這就大大提高了獲得的密鑰的可信度。然而，該種方案仍然有可能發(fā)生密鑰分配失敗，特別是對于大規(guī)模的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。
在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，路由安全問題是個重要的問題。在目前已提出的安全路由方案中，如果采用先驗式防護(hù)方案，可使用數(shù)字簽名來認(rèn)證消息中信息不變的部分，使用Hash鏈加密跳數(shù)信息，以防止中間惡意節(jié)點增加虛假的路由信息[15]，或者把IP地址與媒體接入控制(MAC)地址捆綁起來，在鏈路層進(jìn)行認(rèn)證以增加安全性[16]。采用反應(yīng)式方案，則可使用入侵檢測法。每個節(jié)點都有自己的入侵檢測系統(tǒng)以監(jiān)視該節(jié)點的周圍情況，與此同時，相鄰節(jié)點間可相互交換入侵信息。當(dāng)然，一個成功的入侵檢測系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，而且還取決于相鄰節(jié)點的彼此信任程度?？撮T狗方案也可以保護(hù)分組數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)發(fā)過程中不被丟棄、篡改、或插入錯誤的路由信息[17]。另外，如何增強(qiáng)AODV、DSR等路由協(xié)議的安全性也正被研究[18-19]?？傊?，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)安全性差完全由于其自身的無中心結(jié)構(gòu)，分布式安全機(jī)制可以改善Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的安全性，然而，增加的網(wǎng)絡(luò)開銷和決策時間、不精確的安全判斷仍然困擾著Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。
2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全解決方案
2.1安全體系結(jié)構(gòu)
對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全性來說，現(xiàn)階段對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全性的研究一方面是針對GSM/GPRS和WLAN融合網(wǎng)絡(luò)，另一方面是針對3G(特別是UMTS)和WLAN的融合網(wǎng)絡(luò)。如文獻(xiàn)[20]在GSM/GPRS和WLAN融合支持移動用戶的結(jié)構(gòu)中，把WLAN作為3G的接入網(wǎng)絡(luò)并直接與3G網(wǎng)絡(luò)的組成部分(如蜂窩運營中心)相連。這兩個網(wǎng)絡(luò)都是集中控制式的，可以方便地共享相同的資源，如計費、信令和傳輸?shù)?，解決安全管理問題。然而，這個安全措施沒有考慮雙模(GSM/GPRS和WLAN)終端問題。文獻(xiàn)[21]將3G和WLAN相融合為企業(yè)提供Internet漫游解決方案，在合適的地方安放許多服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)，來提供安全方面的管理。還可以采用虛擬專用網(wǎng)(VPN)的結(jié)構(gòu)，為企業(yè)提供與3G、公共WLAN和專用WLAN之間的安全連接。3GPP TS 23.234描述了3G和WLAN的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了如分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和WLAN接入網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)成分[22]。3GPP TS 33.234在此基礎(chǔ)上對3G和WLAN融合網(wǎng)絡(luò)的安全做出了規(guī)定，其安全結(jié)構(gòu)基于現(xiàn)有的UMTS AKA方式[23]。
在Ad hoc和蜂窩融合網(wǎng)絡(luò)安全性研究方面，文獻(xiàn)[24]提出了利用蜂窩網(wǎng)的“帶外信令”和蜂窩網(wǎng)的中央管理機(jī)制來提高Ad hoc的網(wǎng)絡(luò)管理和控制，從而提高Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由和安全性能。但該安全方案只針對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，沒有考慮蜂窩網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)間的安全問題。
因此，構(gòu)建一個完善的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全體系，一般應(yīng)遵循下列3個基本原則：(1)無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)符合開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)協(xié)議體系，因而其安全問題應(yīng)從每個層次入手，完善的安全系統(tǒng)應(yīng)該是層層安全的。(2)各個無線接入子網(wǎng)提供了MAC層的安全解決方案，整個安全體系應(yīng)以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建統(tǒng)一的安全框架，實現(xiàn)安全協(xié)議的無縫連接。(3)構(gòu)建的安全體系應(yīng)該符合無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)特點、技術(shù)特點和發(fā)展趨勢，實現(xiàn)安全解決方案的無縫過渡。
可采用中心控制式和分布代理相結(jié)合的安全管理體系，設(shè)置安全代理，對分布式網(wǎng)絡(luò)在接入認(rèn)證、密鑰分發(fā)與更新、保障路由安全、入侵檢測等方面進(jìn)行集中控制。
2.2安全路由協(xié)議
路由安全在整個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全中占有首要地位。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議既要發(fā)現(xiàn)移動節(jié)點，又要能夠發(fā)現(xiàn)基站。現(xiàn)有的路由協(xié)議大多僅關(guān)注于選路及其策略，只有少部分考慮安全問題。
在聯(lián)合蜂窩接入網(wǎng)系統(tǒng)中(UCAN)[25] ，涉及的安全主要局限在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑上合法中間節(jié)點的鑒定問題。當(dāng)路由請求消息從信宿發(fā)向基站時，在其中就引入單一的含密碼的消息鑒定代碼(MAC)。MAC鑒定了轉(zhuǎn)發(fā)路徑，基站就會精確地跟蹤每個代理和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的數(shù)據(jù)流編號，而每個用戶都有一個基站所給的密碼。UCAN著重于阻止個人主機(jī)刪除合法主機(jī)，或者使未認(rèn)可的主機(jī)有轉(zhuǎn)播功能。它有效地防止了自私節(jié)點，但是當(dāng)有碰撞發(fā)生時，防御力就會減少了。另外，文獻(xiàn)[26]提出一種用于對付任意惡意攻擊的新路由算法。該方法主要在于保護(hù)路由機(jī)制和路由數(shù)據(jù)，開發(fā)融合網(wǎng)絡(luò)信任模型，以及提出安全性能分析體制。該路由算法的核心機(jī)制是為每個主機(jī)選擇一條到基站吞吐量最高的路徑。每個主機(jī)周期性的探測鄰居節(jié)點的當(dāng)前吞吐量，選擇探測周期內(nèi)的吞吐量最高值。其目標(biāo)是識別融合網(wǎng)絡(luò)中惡意節(jié)點的攻擊類型，提供有效檢測，避免惡意節(jié)點。
一般而言，對安全路由協(xié)議的研究起碼要包括兩個部分：基站和移動終端間的路由安全和任意兩個移動終端間的路由(Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由)安全。而由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議主要來源于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的擴(kuò)展，從而對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議安全性的研究將主要延伸于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的安全性研究。鑒于此，可以將現(xiàn)有的一些Ad hoc安全路由研究植入到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全路由研究中。簡單的防欺騙的基于信譽(yù)的系統(tǒng)SPRITE[27]就是一個很好的研究入口。SPRITE本身需要一個獨立于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)之外的固定系統(tǒng)——信譽(yù)結(jié)算服務(wù)(CCS)系統(tǒng)，用于維持節(jié)點信譽(yù)的平衡，激勵中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的積極性。不過，要實現(xiàn)SPRITE系統(tǒng)需要CCS獲悉兩個節(jié)點之間的完整路由信息。而這一點，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，由于有基站等固定基礎(chǔ)設(shè)施的存在，因而實現(xiàn)起來就相對簡單了。
當(dāng)然，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的安全性要建立在節(jié)點得到服務(wù)提供商支持的認(rèn)證，這就要完善基站等固定基礎(chǔ)設(shè)施的安全體系和密碼技術(shù)，以使得節(jié)點能接入到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，獲得異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證。
2.3接入認(rèn)證技術(shù)
現(xiàn)有的大多數(shù)認(rèn)證體系如Kerberos及X.509等普遍是針對一般的集中式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出的，因其要求有集中式認(rèn)證機(jī)構(gòu)如證書發(fā)放中心或CA。而對于無固定基礎(chǔ)設(shè)施支持的分布式移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷地動態(tài)變化著，其認(rèn)證問題只有采用分布式認(rèn)證方式。對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，蜂窩基站的引入則可以在充分發(fā)揮Ad hoc自身優(yōu)勢的同時克服其固有缺陷。可以根據(jù)集中式網(wǎng)絡(luò)和分布式網(wǎng)絡(luò)各自的特點，建立異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入認(rèn)證系統(tǒng)。文獻(xiàn)[28]討論了WLAN中的節(jié)點接入3G的安全認(rèn)證問題。它構(gòu)建3G-WLAN信任模型來嚴(yán)格維持3G-WLAN融合網(wǎng)絡(luò)中所有組成成分之間的信任關(guān)系，以加強(qiáng)接入認(rèn)證過程，保護(hù)3G網(wǎng)絡(luò)免遭偽造的接入認(rèn)證請求。
從Ad hoc和蜂窩融合網(wǎng)絡(luò)3種系統(tǒng)模式來看，以蜂窩技術(shù)為主Ad hoc為輔的融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模式，其接入認(rèn)證的重點就是如何讓合法的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)用戶安全地接入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)中;以Ad hoc為主蜂窩技術(shù)為輔的融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模式，其接入認(rèn)證的重點則是如何在Ad hoc內(nèi)部實現(xiàn)安全以及蜂窩網(wǎng)管理Ad hoc網(wǎng)絡(luò)時如何安全的傳輸控制信息。而事實上，這種模式下甚至可以直接采用蜂窩網(wǎng)中一樣的接入認(rèn)證過程，如CAMA。Ad hoc和蜂窩融合的第三種模式——混合模式，則更需要對每個用戶的身份信息等進(jìn)行更加嚴(yán)格的認(rèn)證。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶的身份信息認(rèn)證又包括Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與有基站等固定基礎(chǔ)設(shè)施的集中式網(wǎng)絡(luò)之間的認(rèn)證和任意兩種集中式網(wǎng)絡(luò)之間的認(rèn)證。
對于復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全性而言，傳統(tǒng)意義上的接入認(rèn)證只是第一道防線。對付那些已經(jīng)混入網(wǎng)絡(luò)的惡意節(jié)點，就要采取更嚴(yán)格的措施。建立基于基站的和節(jié)點聲譽(yù)評價的鑒權(quán)認(rèn)證機(jī)制或許是一個好的方法。因為蜂窩系統(tǒng)的末端接入網(wǎng)絡(luò)是完全依賴于節(jié)點的廣泛分布及協(xié)同工作而維護(hù)正常通信的，既要拒絕惡意節(jié)點的接入，又要確定合適的評價度，保證合法節(jié)點不因被惡意節(jié)點誣陷而被拒絕接入。這樣可以最大限度的保證網(wǎng)絡(luò)資源的可使用性。
在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，基站和各移動節(jié)點可以共同擔(dān)當(dāng)聲譽(yù)機(jī)制中心這類權(quán)威機(jī)構(gòu)的角色，形成以基站為主，移動節(jié)點分布式評價為輔的方式。同時，還可以借鑒文獻(xiàn)[29]中的方式：在節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)時進(jìn)行預(yù)認(rèn)證，之后網(wǎng)絡(luò)中的基站和其他移動節(jié)點對它的行為跟蹤，使它的惡意行為對應(yīng)一定的聲譽(yù)值，重新對它進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證。
2.4入侵檢測技術(shù)
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)存在很大區(qū)別，針對有線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的入侵檢測系統(tǒng)(IDS)很難直接適用于無線移動網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的IDS大都依賴于對整個網(wǎng)絡(luò)實時業(yè)務(wù)的監(jiān)控和分析，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中移動環(huán)境部分能為入侵檢測提供的數(shù)據(jù)只限于與無線通信范圍內(nèi)的直接通信活動有關(guān)的局部數(shù)據(jù)信息，IDS必須利用這些不完整的信息來完成入侵檢測。其次，移動網(wǎng)絡(luò)鏈路速度較慢、帶寬有限、且節(jié)點依靠電池供應(yīng)能量，這些特性使得它對通信的要求非常嚴(yán)格，無法采用那些為有線IDS定義的通信協(xié)議。第三，移動網(wǎng)絡(luò)中高速變化的拓?fù)涫沟闷湔Ｅc異常操作間沒有明確的界限。發(fā)出錯誤信息的節(jié)點，可能是被俘節(jié)點，也可能是由于正在快速移動而暫時失去同步的節(jié)點，一般IDS很難識別出真正的入侵和系統(tǒng)的暫時性故障。因此，一個好的思路就是研究與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)特征相適應(yīng)的可擴(kuò)展性好的聯(lián)合分級檢測系統(tǒng)。
目前備受好評的主流入侵檢測系統(tǒng)有兩種：基于移動代理技術(shù)的分布式入侵檢測系統(tǒng)[30]和Ad hoc網(wǎng)絡(luò)分布式入侵檢測系統(tǒng)[31]。前者的核心是移動代理模塊。根據(jù)有限的移動代理在Ad hoc中的不同作用，按某種有效的方式將移動代理分配到不同的節(jié)點，執(zhí)行不同的入侵檢測任務(wù)。檢測的最后結(jié)果由一個行動執(zhí)行模塊來付諸實施。由于移動代理數(shù)量的大大減少，該模型相對其他IDS具有較低的網(wǎng)絡(luò)開銷。
Ad hoc網(wǎng)絡(luò)分布式入侵檢測系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點共同參與入侵檢測與響應(yīng)。每個節(jié)點配備有一個IDS代理，這些IDS代理運用了基于統(tǒng)計性異常的檢測技術(shù)。當(dāng)某一節(jié)點報告一個異常時，不同區(qū)域IDS代理互相合作，發(fā)起全局入侵檢測和響應(yīng)。在這個分布式入侵檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[32]提出了一種基于簇的多層合作入侵檢測系統(tǒng)。簇中任一節(jié)點(包括簇頭、副簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點)都獨立運行各自的IDS模塊，監(jiān)控本地的活動，參與本地入侵檢測。如果節(jié)點(包括副簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點)檢測到異?；蚩梢?，但不能判定是否被攻擊，則向簇頭發(fā)出執(zhí)行全局協(xié)作檢測的請求。簇頭接到請求后，通過查詢所有節(jié)點的IDS狀態(tài)來判定是否遭受攻擊。這一基于簇的多層合作IDS可以被引用到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中來。因為基站等有中央控制管理功能的節(jié)點可以有效得替代簇頭，實現(xiàn)簇頭能全局協(xié)作的功能。
在Ad hoc和蜂窩融合網(wǎng)絡(luò)安全性研究方面，CAMA結(jié)構(gòu)對入侵檢測進(jìn)行了探討。當(dāng)檢測到有入侵節(jié)點時，CAMA代理就通過基站向整個網(wǎng)絡(luò)廣播安全信息。入侵檢測主要用于解決CAMA中節(jié)點故意向基站提供錯誤定位信息而引發(fā)的路由安全問題。當(dāng)節(jié)點發(fā)現(xiàn)基站發(fā)來的路由表中的下一跳節(jié)點根本不存在時，就向基站發(fā)送路由錯誤報告。CAMA代理找出惡意節(jié)點并將它逐出網(wǎng)絡(luò)。
另外，從入侵檢測系統(tǒng)的檢測方法角度考慮，人體免疫系統(tǒng)對異體的檢測方法是異常檢測和誤用檢測兩種檢測方法的結(jié)合。根據(jù)Forrest設(shè)計人體免疫系統(tǒng)(AIS)來進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，以及Kephart利用AIS進(jìn)行病毒檢測，可以嘗試?yán)没贏IS的理論，借鑒基因選擇來設(shè)計入侵檢測模型。2.5異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點協(xié)作通信
如何確保節(jié)點通信的內(nèi)容在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點的傳輸過程中的保密性，如何確保異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中安全性最差的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的安全，不受到惡意節(jié)點和自私節(jié)點的攻擊，都是迫切需要解決的問題。因此需要設(shè)計一種激勵策略既能防止惡意節(jié)點的攻擊和激勵自私節(jié)點參與協(xié)作，又能保證通信內(nèi)容在傳輸過程中的保密性。
目前所提方案可粗略地分為兩類，一類是基于信譽(yù)的(或基于檢測的)策略，另一類是基于市場的(或基于計費的)策略。
在基于信譽(yù)的系統(tǒng)中，節(jié)點觀察其他節(jié)點的行為并據(jù)此采取措施，或者獎勵協(xié)作行為，或者懲罰不協(xié)作行為。節(jié)點可以使用“看門狗”來檢測其他節(jié)點是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，避免路由選擇中的惡意行為;同時在源節(jié)點處使用“探路人”[33]選擇最可靠的路由發(fā)送數(shù)據(jù)包。另一種叫做動態(tài)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點協(xié)作(CONFIDANT)[34]的信譽(yù)系統(tǒng)可以阻止拒絕服務(wù)的攻擊。如果一個鄰居節(jié)點不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，它就會被認(rèn)為是不協(xié)作，其信譽(yù)就會在網(wǎng)絡(luò)中廣播。協(xié)作信譽(yù)系統(tǒng)(CORE)系統(tǒng)[35]提供3種不同的信譽(yù)量：主觀信譽(yù)量，間接信譽(yù)量和功能信譽(yù)量。利用這3種信譽(yù)量的加權(quán)值來決定是否協(xié)作，同時避免了惡意節(jié)點的攻擊。安全客觀信譽(yù)激勵(SORI)[36]策略的目標(biāo)是拒絕轉(zhuǎn)發(fā)的行為，使用類似看門狗的機(jī)制來監(jiān)控，而信譽(yù)系統(tǒng)維持的信息是節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包和發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量的比率。
另一種激勵協(xié)作的方法是基于市場的。在這種策略中，節(jié)點從它們轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包那里獲得報酬，反過來節(jié)點可以用這些報酬發(fā)送它們自己的數(shù)據(jù)。一種叫做Nuglets的虛擬貨幣作為單跳的單位費用來激勵每次傳輸中的協(xié)作[37]，在文獻(xiàn)[38]的策略中，節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)后就會從發(fā)送者那里得到報酬，它們的策略需要在每個節(jié)點上安裝一種防偽設(shè)備，如同在安全激勵協(xié)議(SIP)[39]中，來確保費用準(zhǔn)確地增加與扣除。SPRITE不需要防偽硬件，它利用一個安全協(xié)議來管理費用的交換。上面兩種策略的共同特點就是網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的定價相同。兼容激勵拍賣策略(iPASS)[40]在路由器中運行“Vickery拍賣”來決定流量的帶寬分配和價格。
安全問題是激勵策略中最關(guān)鍵的問題。節(jié)點協(xié)作的安全性就是不僅要處理自私節(jié)點和惡意節(jié)點，還要阻止其他方面的攻擊。拒絕轉(zhuǎn)發(fā)只是不良行為中的一種類型，許多其他關(guān)于路由的攻擊更值得關(guān)注，比如黑洞攻擊、灰洞攻擊、蟲洞攻擊等。因此激勵策略需要額外的設(shè)備或機(jī)制來抵御攻擊，這就增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和集中式服務(wù)。在SIP中，需要密鑰建立設(shè)備，每個節(jié)點還需要安全模塊;SORI要對傳播的信譽(yù)評價進(jìn)行基于Hash鏈的認(rèn)證;SPRITE需要對每個數(shù)據(jù)包的RSA簽名進(jìn)行驗證和儲存;殘余Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(STUB Ad hoc)采用公鑰加密技術(shù);在協(xié)作計費策略網(wǎng)絡(luò)(CASHnet)中，由于開放的環(huán)境，需要基于公鑰的設(shè)施，這不需要直接密鑰轉(zhuǎn)換。數(shù)字簽名的使用阻止了數(shù)據(jù)包的秘密篡改，并唯一地確認(rèn)原始數(shù)據(jù)包和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，因此無效的數(shù)據(jù)包(比如未付款的)就不會被轉(zhuǎn)發(fā)，獎勵也就能安全地分配。
如果沒有外加的設(shè)備，激勵策略往往易受攻擊。在CONFIDANT中，由于沒有機(jī)制驗證收到的信息中不良行為的可靠性，惡意節(jié)點可以發(fā)送錯誤的信息來影響無惡意節(jié)點，易收到Sybil攻擊。另外，對不良節(jié)點也沒有救贖機(jī)制;iPASS的計費系統(tǒng)沒有結(jié)合安全交易。最近的研究大多利用博弈論，考慮市場的概念，因為所有的網(wǎng)絡(luò)功能都依靠參與者的貢獻(xiàn)。節(jié)點不得不相互轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包來確保多跳通信，這樣就沒有必要設(shè)計協(xié)作機(jī)制，更重要的是考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的均衡情況。
還有一些激勵策略在沒有外加設(shè)備的情況下考慮了安全問題。CORE使用本身的安全機(jī)制來抵御攻擊：節(jié)點之間不會傳播負(fù)面評價，這樣節(jié)點不會惡意地降低另一個節(jié)點的信譽(yù)。CORE的信譽(yù)系統(tǒng)允許MANET中的節(jié)點逐漸孤立自私節(jié)點。當(dāng)鄰居節(jié)點的信譽(yù)值降低到一個預(yù)先設(shè)定的門限值時，提供的服務(wù)就會中斷。
3 結(jié)束語
事實上，異構(gòu)多網(wǎng)融合在未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中是個很普遍的問題，其理論基礎(chǔ)在不斷奠定，應(yīng)用在不斷擴(kuò)大。而且，無線與無線網(wǎng)絡(luò)、無線與有線網(wǎng)絡(luò)，都可以統(tǒng)一在下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的平臺上。無線異構(gòu)多網(wǎng)融合技術(shù)作為一種重要的未來無線移動網(wǎng)絡(luò)的演化方式，有著廣闊的應(yīng)用前景和市場前景，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
與此同時，信息安全問題同樣是無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中所必須關(guān)注的一個重要問題。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和接入方式的多樣化，各種攻擊手段與日俱增，安全性在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的各個關(guān)鍵技術(shù)問題上起著至關(guān)重要的作用，如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由、認(rèn)證、計費、節(jié)點協(xié)作、入侵檢測等各個方面都存在安全的脆弱性。目前國內(nèi)外對無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的安全性研究尚為起步階段，針對安全性某一個方面或問題開展了相關(guān)的研究工作，取得了一些初步的研究成果。但由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的極其復(fù)雜性，需要解決的安全問題還相當(dāng)多。
因此開展無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)的研究，從整體上、系統(tǒng)地研究異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的互連融合所涉及的安全關(guān)鍵技術(shù)和管理問題，研究保證融合網(wǎng)絡(luò)安全的個性和共性問題，顯得尤為重要。要通過對安全機(jī)制和協(xié)議的廣泛研制與應(yīng)用，積極建立新型主動安全防護(hù)系統(tǒng)，以真正達(dá)到可信、可控、可用這一信息安全的最終目標(biāo)。
作者簡介：
吳蒙，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院教授、博導(dǎo)。主要研究方向為無線通信、信息安全，已發(fā)表論文70余篇，獲國家發(fā)明專利2項。季麗娜，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院在讀碩士研究生，主要研究方向為無線通信和信息安全。王坤，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院在讀博士研究生，主要研究方向為無線通信和信息安全。
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