基于移动网的P2P系统安全技术研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 6 4 1.09MB 64 页 15积分

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摘要

随着 P2P 技术的广泛应用与移动无线网络的快速发展，使得移动 P2P 系统研

究越来越受到学术界的关注，并成为一个新兴研究领域。目前，路由机制、资源

定位、安全、组播和数据分发等关键技术是移动 P2P 系统研究的主要内容。

安全技术是移动 P2P 系统的潜能是否得到充分施展的一个核心因素。当前，

信任管理，访问控制，攻击检测是移动 P2P 系统安全技术研究的主要内容。其中，

如何建立节点间的信任关系是移动 P2P 系统安全问题的基本问题和核心内容；访

问控制机制是保障系统机密性和完整性的主要手段。现有的大多数 P2P 系统安全

技术研究都是针对有线固定网络环境的，因此它们并不能够适应移动网络的特征，

比如高度动态性、终端资源有限性等给移动 P2P 系统安全技术带来了新的挑战。

本文将致力于针对移动网络环境的特性来建立 P2P 系统安全模型，试图在信任管

理模型、访问控制框架等安全技术方面做出贡献。

本文研究的关键问题主要包括：移动 P2P 网络体系结构和特征；移动 P2P 系

统的安全需求与关键技术；移动 P2P 系统的信任模型研究及模拟实验与性能分析；

移动 P2P 系统的访问控制框架研究及应用案例分析等。

首先，在综合了各种文献资料的基础上，本文详细阐述了移动 P2P 的定义、

体系结构、系统特征、技术挑战，以及移动 P2P 网络与移动 Ad-hoc 网络的联系

与区别，并对相关领域的研究和应用现状进行了介绍。

然后，本文分析了移动 P2P 系统面临的各种安全威胁，提出了该环境下的安

全需求。对移动 P2P 系统的安全关键技术进行了介绍与分析，其中关键技术包括

信任管理、访问控制和攻击检测。

接着，根据移动网络的特征为 P2P 系统建立动态信任模型，模型考虑了时间、

历史、推荐信任等因素，利用反馈机制实现模型自我学习的能力。模拟实验表明

该信任模型不但能适应移动环境下的 P2P 系统的高度动态性和分布式特点，而且

具有较强的恶意行为检测能力和可扩展性。本文在 RBAC 模型的基础上提出

MT-RBAC 访问控制框架，模型使用了空间上下文、信任约束和资源控制来实现

移动 P2P 系统的访问控制机制，并给出一个医院场景的安全应用案例和相关分析。

最后，对本文的工作进行总结，讨论了未来进一步的研究方向和发展趋势。

关键词：移动 P2P 安全需求信任管理访问控制攻击检测

ABSTRACT

With the extensive application of P2P technology and the rapid development of

mobile wireless networks, more and more researchers pay attention to mobile P2P

system, and MP2P has become a new and hot area of research. At present, the routing

mechanism, resource location, security, multicast, and data distribution are key

technologies for mobile P2P system.

Whether mobile P2P system full paly its potentiality, Safety technology is a core

element. Now, trust management, access control, attack detection are main security

technologies for mobile P2P systems. Among them, how to establish the trust

relationship between nodes are mobile P2P system security issues and the core content

of the basic issues. Access control mechanism can realize the confidentiality and

integrity of the system. However, most existing P2P systems security technology

research are targeted at fixed wired network environments, so they are not able to adapt

to the characteristics of mobile networks, such as the highly dynamic nature of the

terminal with limited resources, etc. These characteristics have brought new security

technology challenges for mobile P2P system. This thesis will focus on the

characteristics of the network environment for mobile P2P systems to establish a

security model, trying to make contributions in trust management model, access

control framework for security technology.

In this thesis, main issues include: mobile P2P network architecture and mobile

P2P system characteristics and technical challenges; mobile P2P system's security

requirements and key technologies; mobile P2P system’s trust model, and simulation

experiments and performance analysis; mobile P2P system’s access control framework

study and application of case analysis.

First of all, according all kinds of reference, we give the mobile P2P’s definition,

architecture, characteristics, and technical challenges. We also analysis the mobile P2P

network and mobile Ad-hoc networks, as well as research fields and application areas

related to the status quo.

Secondly, this thesis discussed that a variety of security threats of mobile P2P

systems, and raised the security requirements in this environment. For mobile P2P

system, the security key technologies include trust management, access control and

attack detection.

Then, focusing on mobile P2P network characteristics of large-scale distributed

and highly dynamic, a trust model based on dynamic feedback mechanism is proposed.

Two new parameters, distance factor and recommend factor, are introduced to control

the size of chain of recommend trust, so as to improve the veracity of recommend trust.

In addition, the feedback mechanism and punish mechanism integrate with the

calculation of the recent trust and long-term trust, so the trust model has better

adaptability to the dynamics of trust. Simulation experiments show that the model has

very good dynamic adaptability and is able to effectively isolate the malicious node. At

the same time, a based on the RBAC model MT-RBAC access control framework is

proposed. And the model uses the space context, trust, discipline and control of

resources to achieve the mobile P2P system, access control mechanisms, and gives a

hospital scene security application cases and correlation analysis.

Finally, we sum up the work of this thesis, and described the further research and

development trend of mobile P2P security technology.

Key Word: Mobile P2P, Security requirements, Trust management,

Access control, Attack detection

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .....................................................................................................................1

§1.1 研究的背景及意义 ...........................................................................................1

§1.2 本文的目标 .......................................................................................................3

§1.3 本文的内容组织 ...............................................................................................4

第二章移动 P2P 技术概述 ............................................................................................ 5

§2.1 P2P 技术概述 .................................................................................................... 5

§2.1.1 P2P 的定义 .............................................................................................. 5

§2.1.2 P2P 系统的分类 ...................................................................................... 7

§2.2 移动 P2P 技术 ................................................................................................ 10

§2.2.1 移动 P2P 网络 ...................................................................................... 10

§2.2.2 移动 P2P 网络与移动 Ad-hoc 网络的关系 ........................................ 13

§2.2.3 移动 P2P 系统的特征 .......................................................................... 15

§2.2.4 移动 P2P 系统面临的技术挑战 .......................................................... 16

§2.3 移动 P2P 系统的应用研究 ............................................................................ 18

§2.3.1 企业知识管理 .......................................................................................18

§2.3.2 会议协作 ...............................................................................................18

§2.3.3 移动商务 ...............................................................................................19

§2.3.4 军事战场 ...............................................................................................19

第三章移动 P2P 系统安全技术研究 .......................................................................... 20

§3.1 安全威胁与需求 .............................................................................................20

§3.2 信任管理 .........................................................................................................22

§3.3 访问控制 .........................................................................................................24

§3.4 攻击检测 .........................................................................................................26

第四章一种基于移动 P2P 系统的动态信任模型 ...................................................... 28

§4.1 引言 .................................................................................................................28

§4.2 建立信任模型 .................................................................................................29

§4.2.1 直接信任度 ...........................................................................................29

§4.2.2 推荐信任度 ...........................................................................................30

§4.2.3 总体信任度 ...........................................................................................33

§4.2.4 惩罚机制 ...............................................................................................33

§4.2.5 近期信任度与长期信任度 ...................................................................33

§4.3 实现策略 .........................................................................................................34

§4.3.1 信任信息的存储与访问 .......................................................................34

§4.3.2 信任值与信誉值的计算处理 ...............................................................35

§4.3.3 信任信息安全传输协议 .......................................................................36

§4.4 模拟实验与结果分析 .....................................................................................37

§4.4.1 实验环境的搭建 ...................................................................................37

§4.4.2 动态性评估 ...........................................................................................38

§4.4.3 恶意攻击检测模拟 ...............................................................................39

§4.4.4 模型系统开销评估 ...............................................................................39

§4.4.5 移动环境适应性分析 ...........................................................................40

§4.5 小结 .................................................................................................................40

第五章一种基于移动 P2P 系统的访问控制模型框架 .............................................. 41

§5.1 引言 .................................................................................................................41

§5.2 MT-RBAC 访问控制模型 ...............................................................................42

§5.2.1 MT-RBAC 模型概述 .............................................................................42

§5.2.2 MT-RBAC 模型基本定义 .....................................................................44

§5.3 MT-RBAC 访问控制框架 ...............................................................................46

§5.4 MT-RBAC 模型的实现 ...................................................................................48

§5.4.1 空间上下文探测的实现 .......................................................................48

§5.4.2 信任约束的实现 ...................................................................................49

§5.4.3 移动终端资源控制的实现 ...................................................................50

§5.5 MT-RBAC 模型的情景案例分析 ...................................................................51

§5.6 小结 .................................................................................................................53

第六章总结与展望 .......................................................................................................54

§6.1 本文研究总结 .................................................................................................54

§6.2 进一步工作的展望 .........................................................................................55

参考文献 .........................................................................................................................56

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................60

致谢 .............................................................................................................................61

第一章绪论

§1.1 研究的背景及意义

P2P作为一种分布式计算模型，它的目标是为了让自治个体之间通过直接交换

来共享资源和服务。Napster，Gnutella，Freenet，BitTorrent，SETI@HOME等基于

Internet的P2P系统显示了P2P模型在解决自组织、可扩展性、负载均衡以及低成本

等分布式环境下资源共享的共性问题方面具有明显的优势。随着网络信息的急剧

增长，特别是多媒体信息的大量出现，客观上要求信息的所有者直接进行高效、

自由的信息交换，P2P模型很好地适应了这样的要求，用户数量呈现出几何级数增

长的趋势。根据几个Internet服务提供商的最新数据显示，多于50%的网络流量来

自P2P应用，有时甚至多于70%。因此，P2P在今天的网络中扮演了一个主导地位

的角色，并且也快速进入了许多新的应用领域范围。

近几年，随着网络基础设施逐步建立和无线通信技术的成熟，移动网络带宽

越来越大，移动终端的处理能力越来越强，移动网络出现了快速发展的势头。各

种移动网络技术纷纷涌现，如移动自组织网、移动蜂窝网、无线传感器网络、无

线Mesh网、无线局域网等。于是，人们提出了利用移动网络技术和通过便携机、

个人数字助理、移动智能手机等移动设备随时随地进行移动用户共享、交互、协

作的应用需求。

与传统的C/S模式系统相比，P2P系统避免了对服务器的依赖，从而具有更好

的可靠性、传输效率、容错性和扩展性，这些特点也使得它尤其适合移动网络。

如今，基于P2P的应用不限于硬连线Internet基础设施，它正在开始渗透到不同特征

的移动网络中，为移动用户的P2P应用提供了支撑。这也使得P2P技术与移动无线

技术相结合成为一个全新的研究领域和研究热点。目前，在学术研究和工业应用

领域都将这种P2P与移动无线计算相结合研究领域划归为移动P2P（MP2P）范畴。

广义上说，凡是以P2P策略来解决涉及移动网络的问题都可以划归这个领域。但是，

移动网络是个涉及相当广泛的概念，除了根据具体的协议，比如802.11X，802.16

等对移动无线网络划分，我们还可以根据底层的体系构架将移动无线网络分为移

动Ad-hoc网络和Infrastructure无线网络。

移动P2P网络[1]（mobile peer-to-peer network，简称MP2P）又称移动对等网，

它是建立在移动网络中应用层上面的覆盖网络，它能够利用多种带宽和服务质量

基于移动网的 P2P 系统安全技术研究

的底层接入技术，其主要目的是通过直接交换的方式来实现可移动终端设备之间

数据资源的共享与服务的协同。尽管移动P2P网络还是新兴的研究领域，但是它已

经有了越来越多的应用需求，并拥有广阔的发展前景。

移动网络环境中的 P2P 系统有着广泛的应用背景。例如，移动 Ad-hoc 网络

中协作会议、移动患者监控、移动环境中的分布式命令和控制系统、军事战场和

救灾现场的任务协作、移动用户的资源共享和交互等。可以预见，

Internet 的主流

应用将逐渐向移动领域扩展，P2P 系统将在移动环境中得到更广泛的应用。

安全问题是移动网络环境中P2P系统一个不可忽视的重要问题，特别在军事和

商业上的应用。然而，移动网络环境中的安全相关理论与技术发展的时间还不长，

针对移动用户、便携终端或移动应用程序安全性的标准也不健全，认证机制也不

十分成熟。模型与机制的不成熟和巨大的用户数量等因素，使得移动网络环境中

的P2P系统遭受恶意攻击和安全威胁的问题令人担忧，特别是造成灾难的可能性、

危害程度与波及面与日俱增。因此，建立移动安全体系、理论框架与采取技术性

措施变得越来越迫切，越来越重要。

移动网络环境中的P2P系统安全技术不仅需要考虑到P2P网络所固有的属性，

同时也需要考虑移动网络环境所具有的自身特性。当前，移动网络的P2P系统安全

问题研究主要集中在信任管理[2]、访问控制[3]、攻击检测[4]这三个方面。

移动环境中的P2P系统安全中的信任管理主要涉及信任度、信誉度和可信度的

计算、处理、存储和更新，P2P节点依据这些值的权重分析得出特定目标节点是否

可信。访问控制的目标主要是防止非法用户进入系统和合法用户对系统资源的非

法使用。攻击检测主要指检测网络是否存在恶意节点入侵网络、破坏网络和网络

攻击等行为。

信任管理作为移动P2P系统安全中最重要的部分，它在移动网络环境中不存在

可信中央控制节点（CA），从而使得移动P2P系统中节点之间的信任和授权无法采

用传统有线网络中基于CA授权的安全机制，这就需要任何节点都必须采用有效方

法来判定可信节点和非可信节点，因此，移动P2P网络必须设计出适应完全分散化

特点的分布式验证协议。

在访问控制方面，进行授权和管理的节点难以独立负载整个系统中所有节点

的安全需求。另外，移动网络环境中无线信道的不稳定会导致进行授权或管理的

节点随时都有可能断网甚至不可用。因此，在移动P2P网络中，分布式授权控制方

案应成为首要选择。

综上所述，作为移动 P2P 网络关键技术和研究热点之一，安全技术是决定移

动环境下 P2P 系统的潜能是否得到充分施展的一个关键所在。

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摘要：

摘要随着P2P技术的广泛应用与移动无线网络的快速发展，使得移动P2P系统研究越来越受到学术界的关注，并成为一个新兴研究领域。目前，路由机制、资源定位、安全、组播和数据分发等关键技术是移动P2P系统研究的主要内容。安全技术是移动P2P系统的潜能是否得到充分施展的一个核心因素。当前，信任管理，访问控制，攻击检测是移动P2P系统安全技术研究的主要内容。其中，如何建立节点间的信任关系是移动P2P系统安全问题的基本问题和核心内容；访问控制机制是保障系统机密性和完整性的主要手段。现有的大多数P2P系统安全技术研究都是针对有线固定网络环境的，因此它们并不能够适应移动网络的特征，比如高度动态性、终端资源有限性...

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