IEEE 802.22WRAN的认证协议设计与CPE的管理

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博士学位论文—级学科计算机科学与技术：学科专业：计算机应用技术王聪作者姓名：指导教师：邏籩天津大学研究生院２０１７年５月IEEE802.22WRAN的认证协议设计与CPE的管理DesignofAuthenticationProtocolandManegementofCPEinIEEE802.22WRAN一级学科：计算机科学与技术学科专业：计算机应用技术作者姓名：王聪指导教师

2、：马懋德天津大学计算机科学与技术学院二〇一七年五月摘要IEEE802.22WRAN（WirelessRegionalAreaNetwork）是第一个基于认知无线电的无线网络标准。WRAN的第二用户CPE（CustomerPrimesEquipment）需要通过SUBS（SecondaryUserBaseSation）的认证，在不干扰主用户前提下合理使用TV空闲频段进行通信。如何建立安全有效的认证协议并规范CPE的行为，对保障WRAN正常运行具有重要意义。本文主要研究基于WRAN的CPE认证协议、S

3、UBS切换认证协议以及CPE的信任计算与管理。首先，针对WRAN的SUBS和CPE之间的认证协议容易受到交叉攻击的缺点，提出了一个增强型认证协议ECA（EnhancedCertificated-basedAuthenticationprotocol）。采用形式化逻辑证明了ECA能够获得相互认证以及密钥确认，使用AVISPA（AutomatedValidationofInternetSecurityProtocolsandApplications）工具验证了ECA有强壮的反攻击能力。与IEEE802

4、.22标准的认证协议相比，ECA减少了加密操作数和认证延迟。其次，针对WRAN中EAP-TLS（ExtensibleAuthenticationProtocol-TransportLayerSecurityprotocol）的SUBS切换认证方法延迟长的问题，提出了两种解决方案：基于EAP的代理签名切换认证方法EPS（EAP-basedProxySignaturehandoverauthenticationprotocol）和基于EAP的预认证的切换方法EPW（EAP-basedPre-authe

5、nticationschemeforinter-WRANhandover）。采用形式化逻辑证明了EPS和EPW能够获得相互认证和密钥确认，使用AVISPA工具验证了EPS和EPW有强壮的反攻击能力。仿真结果表明，与EAP-TLS相比，EPS和EPW有效减少了加密操作数和认证延迟。最后，提出了一个WRAN的动态信任管理模型DTM（DynamicTrustModel）。DTM使用主观逻辑计算CPE的信任值，规范CPE的行为。设计了基于信任的频谱融合策略，鼓励CPE积极参与频谱感知，惩罚自私以及恶意的C

6、PE，以辅助SUBS进行频谱管理。仿真结果表明DTM在有攻击的情况下，减少了SUBS频谱决策的错误率。综上所述，提出了新的CPE认证协议和SUBS切换认证方法，克服了IEEE802.22中现有认证协议的缺陷并提高了性能；提出了WRAN的动态信任管理模型，能够有效管理和约束CPE遵循系统的规则合理使用TV空闲频段。关键词：IEEE802.22，认证，代理签名，预认证，信任管理IABSTRACTIEEE802.22WRAN(WirelessRegionalAreaNetwork),thefirstst

7、andarforcognitiveradio,allowsCustomerPrimersEquipment(CPE)usetheTVwhitespacewithoutdisturbingtheprimaryusers.CPEfirstenterstheWRANshallbeauthenticatedandobeythesystemrule.HowtosetupasecureandefficientauthenticationprotocolandmanagetheCPEfacesbigchalle

8、nges.Inthisthesis,weconcernonthedesignofauthenticationprotocolandhandoverprotocol,andCPE’strustcalculationandmanagementinWRANbasedonIEEE802.22.Firstly，weproposeanEnhancedCertificated-basedAuthenticationprotocol(ECA)basedonthesecurityanalysison