基于DAA的移动AdHoc网络匿名认证方案范文

基于DAA的移动AdHoc网络匿名认证方案范文摘要：随着移动Adhoc网络(MANET)技术的发展，安全问题受到越来越多的关注。

认证服务是MANET安全的基础。

近年来，研究人员提出了各种MANET的认证方案，但对于开放环境下MANET的匿名性要求考虑较少。

本文基于可信计算技术中的直接匿名证明协议（DAA）[1]，提出了一种适合于MANET环境的匿名认证方案，在解决MANET无中心认证问题的同时，实现了节点身份的匿名性，增加了签名的可追踪性，并对节点的访问权限进行了划分，能够满足更多应用场合的要求。

关键词：认证；adhoc；权限划分；匿名；安全AnAnonymousAuthenticationSchemeforMobileAdHocNetworksBasedon DAAYUEKang1,ZHANGTao1,SUOYan1,MAOWei-xing2Keywords:authentication;adhoc;privilegeclassification;anonym ity;security移动Adhoc网络(MANET)是一种自创建、自组织、自管理的网络，网络中的节点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。

MANET最早用于军事上的战术互联网，但随着技术的发展，MANET也越来越多地运用于民用领域。

由于其不需要固定的基础设施和集中式管理，在灾难情况（如地震、爆炸等）、电子会议等需要临时快速配置网络的场景中有着巨大的应用前景。

与传统网络相比，MANET 有着不同的特性，也面临着新的安全威胁：1)无线信道的无向性质以及对空开放，使其很容易被截获和干扰；2)节点易受到攻击被俘获，这意味着网络中的节点都是不可信的；3)节点的移动性使网络拓扑随时可能发生变化，从而使网络管理变得困难；4)缺乏固定的基础设施（如缺乏服务器、CA机构等），使传统的认证、加密等安全措施不能直接使用。

随着MANET技术的发展，安全问题已成为热点研究领域。

而在所有安全措施中，认证是安全的基础。

因为内部节点攻击的破坏可能危及整个网络系统安全，并且防范比较困难，认证服务是拒绝恶意节点访问网络的根本途径。

不管是对于军事应用还是其他应用，保证信息安全都是至关重要的。

而对于越来越广泛的MANET应用，有时需要对网络中节点的权限进行细致地划分，以决定节点所能获得的服务。

本文提出的分级认证方案够很好地解决此问题，在认证中根据对方的身份级别来提供相应的服务。

例如在军事战术互联网中，根据节点的身份来区分其所能访问的数据库级别。

在民用领域，节点的权限划分同样重要，如区分网络中用户的级别，划分普通用户和VIP用户等，以区分其所能获得网络资源的权限。

匿名性在很多应用中不但能够保护用户隐私信息，而且是安全方案中重要的组成部分，特别是在战术互联网的应用中，不但要求攻击者不能窃听到通讯的内容(机密性)，不能中断通讯(有效性和完整性)，还要求通信双方的身份和位置信息对攻击者是匿名的。

否则，攻击者可能推算出有关位置、移动或者通信模式等重要信息，从而发起物理上的攻击[2]。

同时，通过匿名性也可以加强对网络中重要节点的保护，如骨干节点等[8]。

1相关工作近年来，研究者提出了各种MANET的认证方案，主要解决MANET无固定基础设施带来的认证问题，主要有分布式CA、基于信任链的认证以及基于簇的认证等方法。

分布式CA的方案最早由Zhou和Haas提出[3]，采用门限密码机制（n,k），把CA的功能分散到选定的n个节点上，每个CA节点持有一个部分CA密钥。

一个新节点要获取证书，必须向其中任意k个CA节点请求，每个CA节点给其签名后生成部分签名证书，最后由这些部分签名证书合并成完整的签名证书。

Luo等对此分布式方案进行了改进[4-5]，把CA的功能分散到网络中的所有节点上，每个节点都持有部分私钥，任意k个节点合作可以完成CA的功能，这样提高了系统的可用性。

此方案适合于节点密度较高、范围较广的社区AdHoc网络，当节点数目较少时，认证将变得困难，另外方案对于初始信任的建立没有给出很好的方法。

基于信任链认证的思想是信任的可传递性。

Capkun在[6]中提出了一种基于信任链的认证方案，每个节点都需要维护两个证书库，一个存储它向其他节点颁发的证书，另一个存储其他节点向它颁发的证书。

当节点相互认证时，将这两个证书库合并，看是否能找到一条信任路径。

但在在网络建立初期，所有节点之间都没有建立信任关系时，节点内并不存在证书库，这时节点的相互认证就无法进行。

基于簇的认证是根据地理位置把网络划分为多个小的局域网，称之为簇，每个簇中选取一个头节点（clusterheader）负责管理。

很多基于簇的方案也并用其他认证的方法，如Bechler在文献[7]中提出，将CA的功能分散到每个簇的头节点上，采用分布式CA的方法对新节点进行认证和签发证书。

基于簇的认证方案比较适合大型MANET，但对于簇头节点性能要求较高，也容易造成簇头节点周围网络的局部拥塞。

同时，MANET中的节点随时都可能离开网络，当簇头节点离开时，重新选取簇头节点的过程比较复杂，耗费较高。

另外，还有基于身份的认证、kerberos辅助认证[11]以及基于位置受限的认证等方法。

现有的MANET研究对于网络匿名性的考虑较少[12]，通过在认证方案中加入匿名机制，能够很好地满足这一要求。

2.1直接匿名证明协议介绍（DAA）直接匿名证明协议（DAA）[1]由Brickell等人于2022年提出，用于解决可信计算技术中远程证明的问题。

DAA是基于Camenisch-Lysyanskaya(CL)签名方案[9]，采用了离散对数的零知识证明的方法。

DAA协议的过程如图所示，其中包括三个参与方，分别为证明方（Prover）、验证方（Verifier）和DAA颁发者（DAAIssuer），协议由三部分组成：DAA-Join协议：证明方产生秘密信息f0和f1，通过零知识证明的方法向DAA颁发者申请证书，DAA颁发者用私钥签名生成证书发送给证明方；DAA-Sign协议：证明方通过秘密信息f0和f1和证书对自己产生的公钥AIKi进行签名，发送给验证方；DAA-Verify协议：验证方对签名进行验证。

2.2方案描述2.2.1基本思想本方案是对DAA协议的拓展性应用，使其适用于MANET环境。

DAA协议采用群签名的算法，但在设计时去除了群签名可追踪的特性，也就是任何节点或者群管理员都无法知道签名者是谁，这在MANET应用中存在问题，当网络中出现纠纷，或者发现恶意行为时，必须能够追踪到签名者身份。

本方案中，节点向管理员申请证书时，管理员给每个节点生成一个唯一的ID,并将此ID加入到颁发的证书中，必要时可以通过管理员追踪到签名者身份。

方案中在节点证书中加入L参数，用以标识节点证书的权限，通过L参数验证方判断请求方是否具有某些访问权限，比如给低等级权限节点只提供报文转发的服务，而具有更高权限的节点，则可访问更高等级的数据，这非常适用于分层AdHoc网络。

2.2.2网络初始化在DAA协议中，对于公钥的产生和各个参数的要求有非常详细的描述，本方案中管理员M采用同样的方法产生群公钥(n,g",g,h,S,Z,R0,R1,R2,R3,γ,Г,ρ)，管理员M私钥为p，q，在网络初始化阶段，管理员把群公钥发给每个节点。

在网络初始化阶段，节点和管理员通过离线的安全可靠的方式建立初始信任。

每个节点自己产生秘密信息f，计算U=R0fSv"modn，并把U的值和自己的身份信息交给群管理员M，从而完成身份的注册，管理员给用户生成一个ID，，其中Info为部分用户信息（如节点申请的用户名等），b为随机数。

管理员M将用户的身份信息和ID绑定，加入到可信列表中。

然后管理员给用户颁发证书，过程如下：1)管理员M根据用户的身份产成L和T两个参数：L：表示用户的权限级别；T：表示证书的有效时间，且L,T∈{0,1}lf。

2)管理员M随机选择和，并计算，用户得到证书(ID,A,e,v,L,T)。

2.2.3签名与验证1)证明方产生一个随机数a∈R，计算E=aIDmodГ，将a和E同时发送给验证方。

2)证明方随机选择，计算T1=Ahwmodn，。

3)进行知识签名：具体证明过程如下：证明方随机选择整数计算证明方随机选择整数，计算最后得到签名：证明方将签名σ以及被签名的信息发送给验证方，这里m为证明方的公钥，证明方自己产生公私钥对(PKi,Ski)。

4)验证操作验证方收到证明方的签名σ以及被签名的信息m后，首先验证参数L和T，通过L的值判断此节点是否具有足够的权限访问网络；通过T的值判断此证书是否过期。

如果这两项条件之一不满足，则验证方拒绝此次请求。

如果满足此两条，则继续以下验证：验证方计算验证最后，验证方查看恶意列表，对于列表中的所有ID值，计算，如果等式成立说明用户的ID在恶意里表中，验证者拒绝请求。

反之，则完成此次验证，证明方通过了身份认证，并同时证明了其公钥信息的真实性，通过此公钥验证方可以安全地给证明方传递会话密钥，建立安全的通信连接。

2.2.4追踪签名者方案中的作用是为了实现签名的可追踪性，但只有管理员能够查找出签名者是谁。

当网络中发生纠纷或者检测到恶意行为时，可以求助于管理员对签名者进行追踪，将节点在签名过程中的a和E发送给管理员，管理员通过对列表中所有ID,计算E?=aIDmodГ，找出签名者。

3方案分析3.1安全性分析在网络初始化阶段，节点通过离线的方式向管理员注册并申请证书，通过这种方式建立初始信任可靠性最高。

同时节点的签名具有可追踪性，节点在检测到恶意行为，通过求助于管理员可以追踪出签名者的身份，这样可以更好地规范网络中节点的行为。

节点自己生成密钥f，只把U发送给管理员M，管理员M虽然知道节点的ID，但并不知道节点的密钥f，所以管理员M并不能进行伪造签名。

证明方在请求验证时，必须向验证方发送E的值，也就是用自身的ID对随机数a的一个签名，因为在证书中A的值里包含有节点ID的信息，所以节点如果使用假的ID计算E，在验证过程中就无法通过。

在签名过程中采用了零知识证明的方法，文献[1]已经证明了其在DDH和强RSA假设下的安全性，这里不予赘述。

3.2匿名性分析方案中采用零知识证明的方法进行身份的认证，实现了节点身份的匿名性。

证明方每次认证中，产生一个随机数a，计算E=aIDmodГ，将a和E发送给验证方，验证方不能计算出节点的ID。

同时由于节点每次产生a不同，所以E也不同，从而不能通过两次认证过程对节点的身份进行关联。

节点自己产生公私钥对(PKi,SKi)，在每次认证过程中，发给证明方的公钥（也就是第三节中的信息）可以不同，通过管理员颁发的证书对其进行签名，证明其合法性。