【摘 要】
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随着移动通信技术的高速发展,移动设备数量大规模增加,用户对数据速率和服务质量的要求也持续提高。在网络拓扑结构上,传统的移动云计算和用户距离较远,在执行用户认证时需要终端和远程云之间进行频繁的数据交换,会引入较高的时延,不适用于对时延敏感的各种新兴移动应用。为了保证大幅增加的移动设备能够快速执行认证流程,减少认证时延,降低通信开销,必须依赖移动边缘计算（Mobile Edge Computing,M
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随着移动通信技术的高速发展,移动设备数量大规模增加,用户对数据速率和服务质量的要求也持续提高。在网络拓扑结构上,传统的移动云计算和用户距离较远,在执行用户认证时需要终端和远程云之间进行频繁的数据交换,会引入较高的时延,不适用于对时延敏感的各种新兴移动应用。为了保证大幅增加的移动设备能够快速执行认证流程,减少认证时延,降低通信开销,必须依赖移动边缘计算（Mobile Edge Computing,MEC）提供支持。MEC将核心网网元功能下沉,在靠近用户的一侧部署轻量级边缘节点,可提供高效、低延迟的用户认证服务。但是,MEC场景下的边缘用户认证存在以下挑战:1、MEC场景面向具有不同安全认证机制的异构终端接入,但轻量级的MEC节点计算能力有限,因此采用传统的统一接入认证机制会加重节点计算负荷,造成较大的开销和时延;2、MEC场景下的大量用户移动会造成切换重认证,但现有标准中的切换重认证机制需要经过核心网网元,造成的较大开销和较高延迟会影响边缘用户的服务体验。本文针对以上问题,关注5G MEC场景下边缘用户的接入认证问题,具体研究内容可分为以下两部分:1、针对MEC场景下的大规模异构终端接入认证问题,基于区块链和零知识证明,提出了一种异构网络统一认证机制。引入Schnorr零知识协议对大规模边缘用户进行高效的群组认证,同时通过区块链实现异构统一认证,MEC节点无需改变原有的认证机制,支持不同认证机制的异构节点可以直接从链上读取用户的认证信息,而无需二次身份验证或引入新的统一身份认证方法,实现了多个信任域的互联互通。在此研究基础上,基于Hyperledger fabric 0.6网络搭建区块链联盟链并进行系统性能验证。仿真结果表明,本方案通过用户匿名代号定时更新可以减少近60%的隐私暴露量,群认证方案可以减少37%的系统计算开销,同时缩短了系统共识时延,非常适合MEC场景的计算能力要求。2、针对MEC场景下的用户移动切换认证问题,提出了一种基于轨迹预测的边缘移动切换预认证机制。引入复杂度低的纯跟踪算法对不同移动速度的用户进行轨迹预测,并确定目标接入节点。基于首次认证时核心网网元下发的参数,用户和目标MEC节点进行边缘简化预认证。仿真结果表明,该方案的轨迹预测正确率可达85%以上,预认证协议实现了匿名性和相互认证功能,可抵抗多重攻击,且传输数据长度和通信开销都小于EAP-AKA协议。这样的边缘预认证方案为移动边缘用户提供了良好的网络体验环境。
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