基于CGA技术的MIPv6安全绑定更新方案研究

完善 的公钥基础设施 的条件 下 ， 何对 移动节 点和通 信对 如 端 的绑定更新消息进行认 证 和加密 ， 为一个 迫切需要 解 成 决 的问题 。 目前 ， 保护移动 Ｉｖ 绑定更新 的安全机制主要 Ｐ６ 有返 回路 由可 达过程 、 Ｇ 协议 、 Ｂ Ｃ Ａ Ｃ Ｕ协 议等［ 。对 ＭＮ ４ ］
通过对 Ｒ 、 Ｇ 等绑定更新安全机制的深入分析 与 ＲＰ Ｃ Ａ
研究 ， 考虑 从 以下 两 个 方 面 改 进 绑 定 更 新 安 全 机 制 ：
１ ）我们知道 ， 基于路 由的弱验证 机制无法保 障绑定 管 理密钥的安全性 ， 如路 由可达过程安全机制 ， 由于无法保证 绑定更新通信 的安全性 ， 必须 频繁协 商绑定 管理密 钥来达 到相对 的安全性 ， 这样就造成 了信令的冗余 。基 于此 ， 新方 案通过引入 了加密机制保 证绑定 更新通 信 的安全性 ， 不必 频繁 的进行密钥协商 ， 而变 相的延 长绑定 更新管 理密钥 从 的生存周期 。新方案采用 Ｃ Ａ技术进行加密。 Ｇ ２ Ｇ ）Ｃ Ａ规范建议使用 Ｒ Ａ公钥 签名算 法进行 解密 ， Ｓ 常用 的 Ｒ Ａ公钥算法 的解密复杂度为 ０（ ｇ ｏ ｎ ） 当 Ｓ １ ｄ×ｌｇ ２ ， ｏ
总第 ２ ７ ６ 期
２１ ０ ２年第 １ 期
计算机与数字工程
Ｃ ｍｐ ｔｒ＆ Ｄｉｉ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｏ ｕ ０Ｎｏ １ Ｉ４ ．
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基于 Ｃ ＧＡ 技术 的 ＭＩ ｖ Ｐ ６安全 绑定 更 新 方案 研 究
常新峰 王 飞 飞
平顶山 ４ ７０ ） ６０ ０ （ 平顶山学 院网络计算 中心 摘 要
案。
２ ＭＩ ｖ Ｐ ６的 绑定 更 新分 析
在移动 Ｉ ｖ Ｐ ６环境下进行通信涉及 到三个 通信实体 ， 它 们分别是 ＭＮ（ ｂｌ Ｎｏ ｅ 移动节 点、 Ｍｏ ｉ ｄ ） ｅ ＨＡ（ ｍｅＡｇｎ ） Ｈｏ ｅ ｔ 家乡代理和 Ｃ Ｃ ｒｅｐ ｎ ｅｔ ｄ ） Ｎ（ ｏ ｒｓｏ ｄ ｎ ｅ通信节点 。 Ｎｏ
它作 为 Ｉｖ Ｐ ６的基本 组成部 分 ， 充分考 虑 了对 移动 的需 求 ， 并在应对移动性 问题上 具有极 大 的实用性 ， 移动节 点能 使 够 以固定 的 Ｉ Ｐ地址在 不 同的 网段 中不 受任何 限制地跨 网 段漫游＿ ， ２ 然而 由于移动 Ｉｖ ］ Ｐ ６其协 议架构 的复 杂性使得移 动 Ｉｖ 通信的安全保障问题尤为突 出， Ｐ６ 尤其是移 动节点和 通信对端之间 的绑定更新安全问题 。 根据 Ｒ Ｃ ４ ２ ， 对移 动 Ｉ ｖ 由优化 策略 的攻击 Ｆ ２ ５ 针 Ｐ ６路
点生成绑定管理密钥 ， ＨＫＴ与 Ｃ 但 ＫＴ并不直接 出现在 绑 定更新消息 中， 动节点发送含有 ＨＮＩ Ｃ 的绑定更新 移 与 ＮＩ 消息 。通信对端在收到该 消息后 ， 根据 ＨＮ 与 Ｃ 查找到 Ｉ ＮＩ 相应 的 ＨＫ Ｔ与 Ｃ Ｔ， Ｋ 从而计 算 出绑定 管理 密钥对 消息 进 行验证 。
Ｂ Ｈ携 带家乡时隙索 引 （ Ａｏ ＨＮＩｈ ｍｅｎ ｎｅｉ ｅ ） 家乡 ：ｏ ｏ ｃ ｄ ｘ 及 ｎ
密钥生成令牌 （ ＨＫＴ：ｏ ｅｇ ｎｔｋｎ ； Ａ Ｃ携带转 交 ｈ ｍｅｋ ｙ ｅ ｅ ）Ｂ ｏ ｏ 时隙索引 （ Ｎ ：ａｅ ｆ ｏ ｃ ｄ ｘ 及 转交 密钥 生成 令牌 Ｃ Ｉ ｃｒ－ ｎ ｅｉ ｅ ） ｏｎ ｎ
ＣＨＡ ＮＧ ｎ ｅ ｇ Ｗ Ａ ＮＧ ｉｅ Ｘｉ ｆ ｎ Ｆｅ ｆ ｉ （ ｔ ｒ ｍｐ ｔｎ ｎｔ ｒ Ｎｅ ｗｏ ｋ Ｃｏ ｕ ｉ ｇ Ｃｅ ｅ ，Ｐｉ ｇ ｉ ｇｓ ａ ｎ ｖ ｒ ｉ ｎ ｄｎ ｈ ｎＵ ｉｅｓｔ ｙ，Ｐｉ ｇ ｉ ｇ ｈ ｎ ４ ７ ０ ） ｎ ｄｎ ｓ ａ ６ ０ ０
主要 源 于 对 绑 定 更 新 消 息 的 篡 改 与 伪 造 。 因此 ， 没 有 Ｊ 在
种基于信息流模式的路由可达机制。但 它们在绑定更新
效率和对延迟敏感方面存在不足。本文在文献 ［ ～７ 的基 ３ ］
础 上 ， 出 了一 种 新 的 基 于 Ｃ 提 ＧＡ 技 术 的 安 全 绑 定 更 新 方
业务通信 ， 来提高移动 Ｉｖ Ｐ ６的安全性 。文献 ［ ］ ６ 采用 Ｃ ＧＡ 算法 ， 来解决移动节点转交地址 的获取及验证 ， 从而提高绑 定更新信息处理的安全性 。文献［ ］ Ｒ Ｐ的基础上提 出 ７在 Ｒ
一
联 网络 的发展方 向。移动 Ｉ Ｐ技术 正是适 应这 种需求 而产
生 的一 种 新 的支 持 移 动 用 户 和 因 特 网 连 接 的 互 连 技 术 ［ 。 １ ］
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常新峰 等 ： 基于 Ｃ Ａ技术的 ＭＩ ｖ 安 全绑定更新方案研究 Ｇ Ｐ６
第 ４ Ｏ卷
发往 ＭＮ 的数 据首先被 路 由到 ＨＡ， ＨＡ则根据 ＭＮ 的绑 定关系 ， 将数据包 间接传送给 ＭＮ， 形成 三角路 由。为 了优
化 三 角 路 由 ， Ｉｖ 义 了 一 种 优 化 模 式 ， ： 何 一 个 ｊＭ Ｐ ６定 既 任
针对移动 Ｉ ｖ Ｐ ６网络 的移动节点和通信对端之间的绑定更新安全问题 ， 出了一 种基于 Ｃ 提 ＧＡ技术改进 的移动 Ｉｖ Ｐ ６安全绑 定
更新方案 。新方案对移动 Ｉｖ Ｐ ６的 Ｂ Ｕ信 令及 Ｂ Ｂ Ｕ／ Ａ过程进行格式扩展 ， 在绑定更新过程 中引入两种不 同的工作模式 ： 并 不需要协商绑 定 管理密钥工作模式和需要协商绑定管理密钥工作模 式。在 生成管理密钥后 ， 不用私钥签名 和公钥验证 ， 只采用协商好 的管理密钥进行签验。 该方案减少了冗余信令交互 ， 降低 了 Ｃ ＧＡ计 算复杂 度， 提高 了路 由优化过程的安全性 。通过仿真 ， 验证了方 案的可行性 。
关键词 移 动 Ｉｖ ； 定 更 新 ；返 回 路 由 可达 ；加 密 生 成 地址 Ｐ６ 绑
Ｔ ３３ Ｐ ９ 中 图分 类 号
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ｉ ｇ Ｕｐ ａ ｅ Ｓ ｃ ｒｔ ｏ Ｉ ｖ ｓ ｄ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｂｉ ｄ ｎ ｄ ｔ ｅ ｕ ｉｙ ｆ ｒＭ Ｐ ６ Ｂａ ｅ ｎ ＣＧＡ
ｂ ｔ ｅ ｂｌ ｎ ｄｓａ ｄｃｒｅｐ ｎ ｅｔｎ ｄｓｏ ｈ ｂｌ Ｉｖ ｅｗｏｋ ｅｗｅｎｍｏ ｉ ｏ ｅ ｎ ｏｒｓ ｏ ｄｎ ｏ ｅ ｆ ｅＭｏ ｉ Ｐ ６ｎ ｔ ｒ．Ｔｏｆｒ ｅ ｔｎ ｅ ｎＢ ｉｎ ｌ ｇａ ｄＢ Ｂ ｒｃｄ ｒ ｏ ｅ ｔ ｅ ｏｍ ｘｅｄ ｄｏ Ｕ ｓ ａｉ ｎ Ｕ／ Ａ ｐｏｅｕ ｅｆｒ ｇ ｎ
１ 引 言
随着 Ｉ Ｐ技术和无线通信技术 的发展 和融合 ， 用户对移
动 网络 的需 求 日益 增 强 ， 线 移 动 网络 已 经 成 为 下 一 代 互 无
强身份认证机制 ， 比如 Ｃ ＧＡ， 以及基 于不 同路 由的弱身份
认 证 机 制 ， Ｒ Ｐ 如 Ｒ 。
文献［ ］ ５ 首次 提出使用 Ｉ Ｓ ｃ Ｐ ｅ 保护 ＭＮ Ｃ － Ｎ绑定更新 和
ｏ ｈ ｒｏ ｅｎｏ ｅ ｄ ｒ ｅ ｏ ｉｔ ｈ ｉｄｎ ｐ ａｅｋｅ ．Ａｆｅ ｅ ｒ ｔ ｈ ｙ ｉ ｈ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔｎ ｅ ｅｎ ｇ ｔａｅ ｔ ｅｂｎ ｉｇ ｕ ｄ ｔ ｙ ｔ ｒｇ ｎｅａ ｉ ｔ ｅｋｅ ｎｔ ｅｍａ ａ ｅ ｎ ，ｕｓ ｈ ｅ ｏ ｇ ｏ ｎ ｇｅ ｎｔｃ ｎ ｎｇ ｅｔ ｅｋ ｙ ｔ ｏ ｄｍａ ａ ｍｅ ｏ — ｓ ｔｔｏ ｓｓｇ ｅｔ ｕｌａｉｎ ｉｎ ｔｓ ，ｂｕ ｏ ’ ｕ ｅｔ ｅｐ ｉａｅｋ ｙｓｇ ａ ｕ ｅａ ｄ ｐ ｂｉ ｅ ｕ ｈｅ ｔｃ ｔｏ ｔｄ ｎｔ ｓ ｈ ｒｖ ｔ ｅ ｉｎ ｔ ｒ ｎ ｕ ｌ ｋ ｙ ａ ｔ ｎ ｉａ ｉｎ．Ｉ ｈｓｗａ ｃ ｎｔ ｉ ｙ，ｔ ｉ ｏｕ ｉｎｒ ｄ ｃ ｓｒ ｄ ｎ ａ ｉｎ — ｈｓｓ ｌｔｏ ｅ ｕ ｅ ｅ ｕ ｄ ｎｔｓｇ ａ ｌ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ａ ｄｔ ｏ ｐ ｔｔｏ ａ ｏ ｐｅ ｉ ｆＣ ｉ ｉｔ ｒｃｉ ｎ ｈｅｃ ｍ ｕ ａｉｎ ｌ ｍ ｌｘｔ ｏ ＧＡ ，ｍｅ ｎ ｉ ｐ ｏ ｅｔｅｓ ｃ ｒｔ ｆｔ ｅｒ ｕ ｉ ｐ ｉ ｚ ｔ ｒ ｃ ｓ． Ｆｉ ｌｙ ｔｉ ｎｇ ｏ ｃ ｙ ａ ｗｈｌ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｕ ｉｙｏ ｈ ｏ ｔ ｅｍ ｎｇｏ ｔｍｉａ ｉ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏｎ ｎａｌ，ｉ ｓ ｖ ｒｆ ｄｔ ｅ ｆａｉ ｉｔ ｆｔ ｅ ｓ ｌｔｏ ｙｓｍｕａ ｉｎ． ｅ ｉｅ ｈ ｅ ｓｂｌ ｙｏ ｈｅｎ ｗ ｏｕ ｉｎ ｂ ｉ ｌｔｏ ｉ ｉ Ｋｅ ｏｒｓ Ｍ Ｉ ６，ＢＵ ，ＲＲＰ，ＣＧＡ ｙＷ ｄ Ｐｖ Ｃｌｓ ｍ ｂ ｒ ＴＰ３ ３ ａ ｓＮｕ ｅ ９
与 ＨＡ 的 绑 定 安 全 保 证 ， 常 采 用 ＩＳ ｃ 议 ； ＭＮ 和 通 Ｐ ｅ协 对
当 ＭＮ在家乡 网段 中时 ， 它与通 信节点 之间按 照传统
的路 由技术 进行 通 信 ， 不需 要 移 动 Ｉｖ Ｐ ６的介 入 。但 是 当 ＭＮ移动Ｎ￣ 地链路 时 ， ＇ Ｉ － 它会在 外部 网络获得 一个转 交地 址 （ ｏ ， Ｃ Ａ） ＭＮ 通过 绑定 更新 （ ｉ ｉｇｕ ｄ ｔ， Ｕ） ｂｎ ｎ ｐ ａｅ Ｂ 过程 ｄ 把 自己的转 交地址通知给位 于家乡 网络 的 ＨＡ。然 后 ， Ｎ Ｃ
（ ＫＴ：ａｅｏ ｅｇ ｎｔｋ ｎ 。 ＨＫＴ 与 Ｃ Ｃ ｃｒ ｆ ｙ ｅ ｏ ｅ ） － ｋ ＫＴ 用 于 移 动 节
与 ＭＮ通信 的、 具有 ＭＩ ｖ Ｐ ６功能 的 Ｃ Ｎ通过维 护一个移 动
节 点 的家 乡 地 址 （ ｏ ｄ ｒｓ， Ａ） 转 交 地 址 （ａｅｏ ｈ ｍｅａ ｄｅｓ Ｈｏ 与 ｃｒ ｆ
Ｍ ｏ ｉｅ Ｉ ６，ｔ ｉ ｏ ｕ ｉ ｎ ｄ ｖ ｄ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｒ ｆｂ ｎ ｉ ｇ ｕ ｄ ｔ ｎ ｏ ｔ ｄ ｓ ｈ ｎｅ ｎ ｅ ｅ ｅ ｏ ｉ ｔ ｈ ｎｄ ｎ ｐ ａ ｅ ｋ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ｌ Ｐｖ ｈ ｓ ｓ ｌ ｔｏ ｉ ｉ ｅ ｈ ｒ ｃ ｄｕ ｅ ｏ ｉ ｄ ｎ ｐ ａ ｅ ｉ ｔ ｗｏ ｍｏ ｅ ，ｔ ｅ ｏ ｅ ｄ ｒ ｎ ｇ ｔａ ｅ ｔ ｅ ｂｉ ｉ ｇ ｕ ｄ ｔ ｅ ｎ ｈ
和 Ｃ 之 间的 Ｂ Ｎ Ｕ。
本文提 出的安全绑定更新方案为了降低对移动节 点计
３ 基 于 Ｃ Ａ 的 安全 绑定 更 新 方 案 Ｇ
３ １ 方 案 的 思 路 ．
算能力的要求 ， 仅在第一次发送 Ｂ Ｕ时 ， 采用 ＭＮ的私钥 进 行签名 ， 随后 的 Ｂ Ｂ Ｕ／ Ａ采用绑定管理密钥 进行 签名。 １ ）ＭＮ实体的工作流程 ＭＮ作为移动 Ｉｖ Ｐ ６的主要功 能实体 ， 是整个 绑定更 新
Ｃ Ｎ之间的绑定更新安全保 护 ， 即各种强 加密／ 密算法 的 解
＊ 收稿 日期 ：０ １ ７月 ８日， ２１ 年 修回 日期 ：０ １ ８月 １ ２１年 ５日 作者简介 ： 常新峰 ， ， 男 硕士研究生 ， 助教 ， 研究方 向： 网络通信技术 。王飞飞 ， ， 女 硕士研究生 ， 助教 ， 研究方 向： 计算机网络。
３ ３ 新 的绑 定 更 新 过 程 ．
ａ ｄｅｓＣ Ａ） ｄ ｒｓ， ｏ 的绑定更 新 （ ｉｄｎ ｐ ａｅ Ｂ 缓存 ， 现 ｂｎ ｉｇｕ ｄ ｔ， Ｕ） 实 与移动节点直接进行通信 。 关于 ＭＮ 的绑定 更新 过程具 体分 为两 种 ： ＭＮ 向 ＨＡ
以及 ＭＮ 向 Ｃ 发 送 Ｂ 这 两 种 情 况 ， 文 主 要 涉 及 ＭＮ Ｎ Ｉ Ｔ 本
Ａｂｓ ｒｃ Ｔｈｓｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ｗ ｅ ｕ ｉｙ ｂｎ ｉｇ ｕ ｄ ｔｓｐｒｇｒｍ ，ｗｈｃ ｉｌ ｅ ｅ ｒｈｅ ｎ ｂｎｄｎ ｐ ａｅ ｓ ｃ ｒｔ ｒ ｂｅ ｔａ ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄａｎｅ ｓ ｃ ｒｔ ｉｄｎ ｐ ａ ｅ ｏ ａ ｉｈ ｍａｎｙ ｒ ｓａ ｃ ｓｏ ｉ ｉｇ ｕ ｄ ｔ ｅ ｕ ｉｙ ｐ ｏ ｌｍ