高效的网络编码容错与安全机制分析

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1、南京邮电大学博士研究生学位论文摘要摘要网络编码作为一种新的数据传输方式，与传统路由相比已被证实能够有效地提高网络吞吐量、改善负载均衡、增强网络的鲁棒性、能以较小的复杂度实现分布式网络及拥有潜在的安全优势等。正是由于网络编码所具有的这些特性，使得其受到越来越多研究团体的关注。本文针对当前网络编码研究方案在吞吐量、解码复杂度、能耗等系统性能及窃听攻击、差错控制、节点自私性等安全容错性方面存在的突出问题，以性能保持为基础，结合信息论与博弈论解决网络编码中的容错与安全性问题。本文的主要研究成果包括如下几个方面：1)提出结合激励融合机制的安全网络编码方案

2、，该方案运用博弈理论解决了基于网络编码环境下节点的自私性问题并能够有效预防节点的共谋私利攻击；同时，通过运用相应的编／解码理论和在源节点处加入有限的冗余包，从宏观角度解决了网络编码中有限的污染和丢包攻击问题；再者，通过整合多路径路由和优化的编码包分配算法降低了数据被攻击者重构的风险，实现了网络系统安全与性能良好的平衡；最后，相关仿真数据评价和安全分析证实了上述理论分析结果的正确性。2)提出压缩的网络编码错误与擦除纠错方案，通过在目的节点建立一个高效的检测与删除线性相关包算法，显著地降低了目的节点解码端的计算开销；在解码过程中将目的节点接收矩阵】

3、，简化为乓(】，)形式而不是E(】，)，降低了对节点处硬件执行能力的要求；当至多只有，个源包进行了线性组合操作时，构造了一个编码向量压缩码，在保证目的节点正确解码的基础上(即解决错误与擦除问题)将数据包的有效载荷从M一后提高到M-O(rlog。k)，并且并没有因为压缩码的引入而增加整个网络系统的解码复杂度；最后，数字结果和相关分析进一步证实了本方案所具有的安全与性能优势。3)提出抗恶意攻击者的秘密与可靠网络编码方案，解决了基于网络编码网络在遭受Z个污染包、∥个窃听攻击和P个包擦除情况下数据传输的秘密与可靠性问题；在保证传输信息能被目的节点正确解

4、码并且信息理论安全于攻击者情况下，当满足2z+p+∥

5、限大；此外，中间节点只执行随机的线性组合操作，对网络中采用的其它编／解码技术与方法毫无意识。关键词：网络编码；容错性；安全性；窃听攻击；污染攻击；错误与擦除纠正；秩度量码；压缩码；博弈论；多源(多个源节点)II南京邮电大学博士研究生学位论文AbstractNetworkcodingisanoveldatatransmissionapproach,comparingwithtraditionalroutingmethodswhichhasbeenproventhatCanincreasenetworkthroughput，improveloade

6、quilibrium，enhancerobustnessofnetwork，bedoneinadistributednetworkwithlowcomplexityandpotentiallypossesssecuritysuperiority．Becauseoftheseadvantageouscharacteristics，recently,networkcodingcatchessignificantattentionfrommoreandmoreresearchcommunities．Aimingattheprominentproble

7、msofnetworkperformance(suchasthroughput，decodingcomplexityandenergyoverhead)，securityandfaulttolerance(suchaseavesdroppingattack，errorcontrolandnodeselfishness)existinpreviousnetworkcodingresearchschemes，basedonthereasonableperformance，theobjectiveofthisdissertationistoaddre

8、ssthefaulttoleranceandsecurityproblemsofnetworkcodingbycombiningtheinformat