基于网络编码的污染攻击防御方法研究

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1、华中科技大学硕士学位论文基于网络编码的污染攻击防御方法研究姓名：瞿一芃申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：王芙蓉20090525华中科技大学硕士学位论文摘要由于网络编码的提出，网络的性能可以达到多播时传输的理论极限即最大流最小割定理所述最大流极限，这使得许多研究者和研究机构都对网络编码展开了广泛的研究。随着它在军事以及P2P网络中的应用，它的安全问题逐渐成为研究者关注的焦点之一。在网络编码中中继节点不再仅仅是进行路由和转发了，而是允许中继节点进行编码，这就使得网络编码对于数据具有融合的特性。然而正是由于数据的融合性使得网络编码系统受到伪装节点进行污染攻击时非常脆弱。由于一个伪造

2、信息，在经过中间节点的数据融合后就会污染到其更多的下游中继节点，以至于整个系统无法解码。而传统的网络中针对伪装身份节点攻击的哈希签名算法也由于网络编码对数据的融合性无法适用，因此有必要对合适网络编码的污染攻击检测方法研究。本文介绍了网络编码的基础理论，介绍了随机线性网络编码的理论与实用随机网络编码的包结构等，并根据网络编码的基础理论分析了污染攻击对网络编码系统的影响。本文研究了一种基于向量正交思想的网络编码污染信息检测方法，该方法是基于网络编码中数据在信源数据线性子空间内的特点，采用多个与该子空间正交的向量进行污染信息的判断，源节点平均的随机下发检测正交向量，只要检测节点持有攻击节点未知的

3、向量即可完成检测。本文对该向量检测方法进行了参数设计，并且分析了方法的安全性和开销，以及它的一些局限性。该向量检测方法能够以小于2％的通信开销换取系统95％左右的成功检测概率，但对网络拓扑有一定的限制。本文对该向量检测方法进行了仿真，仿真了向量随机分发的过程，并且计算了不同拓扑下方法成功检测的概率，并对比了使用不同的初始参数时方法检测概率的变化。从仿真角度验证了对方法进行的理论分析。关键词：网络编码；网络安全；信息污染；攻击检测I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheuseofnetworkcodingcanachievethemaximumcapacityofthenetwork

4、boundedbymaxflow-mincuttheorem,somanyresearchershavefocusedonthistopic.SinceitiswidelyusedinthemilitaryandP2Pnetworks,thesecurityaspectofitbecomesmoreandmoreimportant.Networkcodingallowstheforwardingnodestodocodingfortheirreceivingmessages.Themixingofdatainherenttonetworkcodingmakesnetworkitavicti

5、mofpollutionattacks.Theseattackspreventthereceivingnodesfromrecoveringthesourcemessagescorrectly.Evenonepollutedmessagescanpropagateintothenetworksandinfectalargeproportionofnodes.ThetraditionalwaytodetectthepollutedmessageistouseHash-and-Signmethod.Butitisalsobecauseofthemixingofdatamakesthetradi

6、tionalwayunsuitablefornetworkcoding.Inthisthesis,thefundamentalofnetworkcodingisintroducedandwealsogiveaintroductionofrandomlinearnetworkcodingandthepacketformatofpracticalrandomlinearnetworkcoding.Andthenanalyzetheinfluenceonnetworkcodingbypollutionattacks.Thisthesisintroducesapollutedpacketsdete

7、ctionmethodbasedonmultiplevectorsorthogonaltoallvectorsinthenetworkcodingpacketstransmittedinthenetwork.Themainideaofthismethodistocalculatenumbersoforthogonalvectorsandsendthemtodifferentforwardingnodes.Thenthen