網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的研究

　　網(wǎng)絡(luò)編碼在抗數(shù)據(jù)包污染方面得到廣泛研究的同時(shí), 很多研究者又開辟了網(wǎng)絡(luò)編碼在針對(duì)抗擊另外一種有更大安全隱患的拜占庭攻擊的研究。在這種攻擊問題中, 攻擊者不僅想得到一些有用的消息,還通過多種手段來阻止通信雙方的正常通信, 即加入或修改正常傳輸中的信息。隨著對(duì)安全、 高效的數(shù)據(jù)通信的要求越來越高, 這種惡意的攻擊問題的解決勢(shì)必越來越重要。

　　抗拜占庭攻擊的一般通信模型, 可從兩個(gè)方面來描述:

　　攻擊模型和網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)編碼模型。下面主要基于 S Jagg i等提出的有關(guān)結(jié)果。

　　信源 Alice和信宿 Bob通過一個(gè)有線或無線網(wǎng)絡(luò)通信,攻擊者 Ev e隱藏在網(wǎng)絡(luò)中。此時(shí),當(dāng) Eve注入自己的數(shù)據(jù)包時(shí),將這些修改后的數(shù)據(jù)包假裝成從 A li ce到 Bob傳輸?shù)男畔⒘鞯囊徊糠帧ve是非常強(qiáng)大的, 有極大的計(jì)算能力, 知道 A lice和 Bob之間的編碼和解碼體制, 也知道在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處所執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)編碼,并且知道確切的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)攻擊者的不同攻擊能力可以分為如下 3種主要攻擊模型。

　　( 1) 秘密共享模型

　　假定 A lice和 Bob有一個(gè)低速率的秘密信道, Eve不知道秘密信道上的傳輸消息。考慮將消息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)編碼后在網(wǎng)絡(luò)上傳輸, Eve可以觀察到所有除秘密信道之外的所有傳輸,也可選擇是否在他所控制的節(jié)點(diǎn)處在要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中注入一些惡意數(shù)據(jù)到從而達(dá)到阻止 A li ce和 Bob通信的目的。

　　( 2) 萬能攻擊者模型

　　此模型中 Eve除了在控制鏈接數(shù)目上受到一定限制外,是萬能的、 無所不知的, A lice和 Bob之間沒有獨(dú)立于 Eve的秘密信道。

　　( 3) 有限的竊聽模型

　　在這個(gè)模型中, Eve的竊聽能力是有限制的, 只能觀察到有限個(gè)傳送的包。

　　3研究方向和面臨的挑戰(zhàn)

　　3 . 1 研究方向

　　雖然網(wǎng)絡(luò)編碼已被證明可以改善系統(tǒng)的性能, 但現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)的復(fù)雜性使它存在更多的安全漏洞, 例如, 高效路由協(xié)議可以顯著提高吞吐量,然而, 一旦協(xié)議被攻擊者完全控制,那么將會(huì)擾亂大量的數(shù)據(jù)流的傳輸。因此, 一個(gè)更根本的辦法是設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)編碼安全協(xié)議 , 而不是修補(bǔ)現(xiàn)有的系統(tǒng)。

　　3 . 2挑戰(zhàn)

　　隨著網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的深入, 不僅引入了新的攻擊類型,而且使得現(xiàn)有的攻擊具有更強(qiáng)的破壞性, 這對(duì)防御攻擊提出了更大的挑戰(zhàn)性?？梢灶A(yù)見, 網(wǎng)絡(luò)編碼在安全方面的研究會(huì)是將來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)更為安全的網(wǎng)絡(luò)編碼,我們提出以下指導(dǎo)原則。

　　原則 1 , 網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)應(yīng)具備自我保護(hù)系統(tǒng)。

　　這一原則主張每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有防御攻擊性能, 以防止攻擊者利用系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié),導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)變得非常脆弱。例如, 不安全應(yīng)答組件 ACK。

　　原則 2 ,無線網(wǎng)絡(luò)編碼要求路由協(xié)議具有更良好的合作性。

　　中間節(jié)點(diǎn)不僅要實(shí)現(xiàn)路徑選擇和分組轉(zhuǎn)發(fā),而且需要參與數(shù)據(jù)包的編解碼過程。由于帶寬資源的匱乏,節(jié)點(diǎn)之間也存在競(jìng)爭(zhēng), 例如,節(jié)點(diǎn)可能為了疏導(dǎo)鏈路而阻止或丟棄新的數(shù)據(jù)包來節(jié)省能源消耗。在這樣的環(huán)境下,合理的激勵(lì)機(jī)制可以鼓勵(lì)節(jié)點(diǎn)間的合作,確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

　　原則 3 ,保護(hù)機(jī)制開銷盡量小。

　　顯而易見, 為了解決網(wǎng)絡(luò)編碼內(nèi)部流數(shù)據(jù)污染攻擊而以昂貴的網(wǎng)絡(luò)編碼加密機(jī)制為代價(jià)。雖然這種解決方案利于監(jiān)測(cè)攻擊, 然而大大降低了系統(tǒng)性能。因此, 如何設(shè)計(jì)既具有積極主動(dòng)地防御攻擊, 又不降低系統(tǒng)性能的解決方案是我們未來的指導(dǎo)方向。