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分层组播安全机制的设计与实现

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第1章 绪论

1.1 组播安全概述

1.1.1 组播简介

1.1.2 分层组播简介

1.1.3 组播及分层组播存在的安全隐患

1.1.4 组播安全的现有方案

1.2 课题简介

1.2.1 课题来源

1.2.2 设计目标

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的组织结构

1.5 本章小结

第2章 分层组播安全机制的理论基础

2.1 组播技术基础

2.1.1 组播地址

2.1.2 常用组播协议

2.1.3 分层组播协议

2.2 多媒体通信简介

2.2.1 基本概念

2.2.2 视频可扩缩编码技术

2.3 密码学理论基础

2.3.1 基本概念

2.3.2 密码算法介绍

2.3.3 数字签名与认证

2.4 组播安全基础

2.4.1 组密钥和组密钥管理

2.4.2 组播中的认证

2.5 本章小结

第3章 分层组播安全机制的分析与设计

3.1 总体分析与设计

3.1.1 分层组播的安全性分析

3.1.2 分层组播安全机制的方案设计

3.1.3 整体模块设计

3.2 访问控制机制分析与设计

3.2.1 访问控制分析

3.2.2 组播源访问控制设计

3.2.3 接收方访问控制设计

3.2.4 查询和重认证设计

3.3 组密钥管理机制分析与设计

3.3.1 组密钥管理分析

3.3.2 分层分组式管理模式

3.3.3 单向多陷门函数

3.3.4 基于离散对数的单向多陷门函数设计

3.3.5 域内的组密钥管理设计

3.3.6 域间的组密钥管理设计

3.4 源认证机制分析与设计

3.4.1 组播源认证分析

3.4.2 累积型分层组播报文

3.4.3 基于报文链和哈希树的源认证方案

3.4.4 建立哈希校验树

3.4.5 基于报文链的一次性签名源认证

3.4.6 数字签名包

3.4.7 对组播报文进行源认证

3.5 源认证和组密钥加密的协调方案

3.5.1 协调方案分析

3.5.2 协调方案设计

3.6 本章小结

第4章 分层组播安全机制的实现

4.1 实现环境

4.1.1 硬件环境

4.1.2 软件环境

4.1.3 开发工具

4.2 安全加密机制的实现

4.2.1 一加多解算法的实现

4.2.2 组密钥管理的实现

4.2.3 访问控制的实现

4.2.4 组播源认证的实现

4.3 视频流分层的实现

4.3.1 视频捕捉和播放的实现

4.3.2 视频分层的实现

4.4 网络通信的实现

4.4.1 网络通信模块结构

4.4.2 Socket实现网络通信

4.4.3 组播通信的实现

4.4.4 C/S通信的实现

4.5 MMSC和客户端界面的实现

4.5.1 MFC简介

4.5.2 MMSC界面的实现

4.5.3 客户端界面的实现

4.6 本章小结

第5章 实验结果与性能评价

5.1 实验结果

5.1.1 视频播放结果

5.1.2 安全测试结果

5.2 性能评价

5.2.1 安全性分析

5.2.2 运行效率分析

5.2.3 性能比较

5.3 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢

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摘要

IP组播,特别是分层组播,是一种广受重视的网络技术,为群组应用提供了高效的传输机制。在一对多和多对多的网络通信中,组播技术可以有效地节省网络带宽。但是目前组播并没有得到广泛应用,其中一部分原因是组播技术在保持简单性和开放性的同时缺少必要的安全机制,用户可以随意地加入组播组和随意地向组播组发送信息。为此,有必要设计一种适用于组播的安全机制。
   本文针对分层组播存在的安全问题,以保证分层组播的数据完整性、数据机密性、数据源认证性三方面为目标,从发送方和接收方访问控制、组密钥管理、组播源认证三方面着手,设计和实现一套分层组播的安全机制。
   访问控制方面:在网络环境中安装组播管理服务器,发送方和接收方必须先通过服务器的授权认证。在路由器上安装组播报文过滤器组件,阻挡非法发送方的组播报文。扩展MLD协议和PIM-SM协议,分别用于阻止非法接收方加入组播组和非可信路由器加入组播树。组密钥管理方面:由于分层组播中的接收主机收到的数据流并不相同,设计一种多层组密钥结构,在保护组播报文内容的同时,令订阅较低报文层数的成员无法解析较高层报文。针对规模和跨域的问题,采用分层分组式的结构模式,不同域内组密钥不同,更新组密钥时只需更新本域内的组密钥。域间部分采用跨域密钥来保证数据安全。设计一种基于离散对数的单向多陷门函数,用于减小更新组密钥时的计算量和通信量。组播源认证方面:根据累积型分层组播报文之间存在的依赖关系,在报文间构造Hash校验树。不仅可以对所有组播报文快速进行源认证,而且还能尽早地把已无实际意义的数据包检测出并丢弃。此外,对组密钥管理与组播源认证的同时使用进行协调。
   为检验设计方案的可行性、安全性及各部分的性能,按照以上设计,实现了一个安全视频分层组播系统,并对实验结果做了安全分析和性能分析。

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