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摘 要：群组播通信中钥密的安全管理是一个重要研究课题，本文在相关文献提供方法优点和不足的基础上，提出了一种群组播通信中密钥的安全传递（共享）方案。
关键词：群组播通信 密钥管理 安全传递
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（a）-0012-01
近年来，计算机网络中有关群组通信的研究十分活跃，以有效得实现一对多、多对多的信息交换，如视频会议，军事通信，网络广播，远程教育等。组播的优点是：（1）减少网络传输开销。（2）降低网络宽带使用量。（3）减少接收者观测到的延迟。由于网络的安全威胁日益严重，可靠安全的群组通信是核心问题，为了解决这些群组播的安全问题，引入了群组播钥密管理，组和组之间使用群组密钥、成员和成员之间也使用密钥加密交换信息。本文的内容如下：在第二节主要介绍相关工作，第三节是简单分析本文提出的方案，第四节是总结。
1 主要内容
随着组播通信的迅速发展，群组通信需要保证信息的安全问题，所以钥密的安全管理是一个重要研究课题，已成为目前研究的热点。
Group Key Management Protocol（GKMP）是一种集中控制型的密钥管理方法，每个组员与key server共享密钥，中央控制机关生成Group Key Packet（GKP）， GKP中包含有用来加密组播的密钥Group Traffic Encryption Key（GTEK）和用来加密组密钥的密钥Group Key Encryption Key（GKEK）.当组员离开（加入）时需要O（n）个re-key信息，n是组员数。这种方法不适用于组员离开（加入）频率较高的大规模的网络。
Logical Key Hierarchy（LKH）是一种逻辑密钥树的管理方法，树的叶子节点与组成员一一对应，树的每个节点对应于一个密钥，每个组成员所指导的密钥是位于该组成员对应的叶子节点到root的路径，当组员离开（加入）时这个方法可以减少re-key信息。
文献[1，2]提出了一种基于多项式的组播密钥管理方案，在这个方案中（如图1），v是组1的组员，v传送信息m到组2的所有成员，H2，1（v）是加密m的密钥。组2的所有成员提前共享t次方程式H2，1（x），代入传送者v的ID可计算出解密密钥H2，1（v），任何组2成员可以用钥密H2，1（v）来解密它所收到的信息m，任何非组成员由于不知道密钥，无法获得信息m。但并没有提到关于加密密钥H2，1（v）的生成或传送方法，钥密管理的安全性有着很高的要求，生成和传送H2，1（v）也是重要部分之一，本文提出安全传递加密密钥H2，1（v）的方法。
Ht，j（x）：polynomial to determine the keys for decrypting the multicast traffic from a node in Gj to the members of Gt polynomial它这个就是多项式，具体含义为：组Gj的一个组员发信息给Gt所有成员的时候不是需要一个密钥加密这个信息么，计算密钥的一个多项式。
Ht，j（v）： personal key share to encrypt multicast traffic from v in Gj to the members in Gt。组Gj的一个组员发信息给Gt所有成员的时候加密信息的密钥。
GM1和GM2是组1和组2的组长。各组长互相共享公钥（GM1pub_key和GM2pub_key），而且各组组长知道成员的公钥。首先组1的组员v向组长GM1要求密钥H2，1（v），因为H2，1（v）只有组2的成员（包括组长）才能计算，所以GM1向GM2申请H2，1（v）。GM1向GM2传递组员v的公钥（v’s pub_key），此公钥用GM2的公钥加密（EGM2pub_key（v’s pub_key）），GM2收到后用自己的公钥解密v的公钥，然后GM2生成一个安全密钥sec_key，用v的公钥加密（Ev’s pub_key （sec_key））后传送给v，同时传送用sec_key加密过的H2，1（v）。v收到后先用自己的公钥解密sec_key，再用sec_key解密H2，1（v）。过程描述以下：
v→GM1：（v，GM1，request for H2，1（v））
GM1→GM2：（GM1，GM2，EGM2pub_key （v’s pub_key））
GM2→v：（GM2，v，Esec_key（H2，1（v）），Ev’s pub_key （sec_key））
2 分析
攻击者假装扮演它是组1的成员向GM2要H2，1（i），如攻击者收集了t+1个H2，1（i），它可以生成t次方程式H2，1（x），因此攻击者可以解密信息m。本文中提出的密钥传递方案可解决此问题，因为，攻击者不能解密Esec_key（H2，1（v）），要是攻击者想得到GM2生成的sec_key，它必须得知道v的公钥（Ev’s pub_key（sec_key）），但是v的公钥只有v和组长共享的。
3 结论
在组播通信中，如何保障组播安全性和可靠性是一个十分重要的问题，本文将以参考文献[1，2]为基础，提出了安全传递加密密钥的方法，简单分析了本文提出的方法具有良好的安全性和可靠性。从第三章的简单分析中可以得知攻击者很难解密 Esec_key（H2，1（v）），因此攻击者无法知道群组播通信中的数据。视频会议，军事通信，网络广播，远程教育等平台的安全可靠通信是很重要的，为了防止攻击者的干涉，密钥安全传递方案的实践是必要的部分之一。
參考文献
[1] W. Wang， B. Bhargava， Key Distribution and Update for Secure inter-group multicast communication，In Proceedings of ACM Workshop on Security of Ad Hoc and Sensor Networks， in conjunction with ACM CCS，2005：43-52.
[2] W. Wang and T.Stransky，Stateless Key Distribution for Secure intra-group and inter-group multicast in mobile wireless network，Elsevier Computer Networks，Vol.51，No.15，2007：4303-4321.
关键词：群组播通信 密钥管理 安全传递
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（a）-0012-01
近年来，计算机网络中有关群组通信的研究十分活跃，以有效得实现一对多、多对多的信息交换，如视频会议，军事通信，网络广播，远程教育等。组播的优点是：（1）减少网络传输开销。（2）降低网络宽带使用量。（3）减少接收者观测到的延迟。由于网络的安全威胁日益严重，可靠安全的群组通信是核心问题，为了解决这些群组播的安全问题，引入了群组播钥密管理，组和组之间使用群组密钥、成员和成员之间也使用密钥加密交换信息。本文的内容如下：在第二节主要介绍相关工作，第三节是简单分析本文提出的方案，第四节是总结。
1 主要内容
随着组播通信的迅速发展，群组通信需要保证信息的安全问题，所以钥密的安全管理是一个重要研究课题，已成为目前研究的热点。
Group Key Management Protocol（GKMP）是一种集中控制型的密钥管理方法，每个组员与key server共享密钥，中央控制机关生成Group Key Packet（GKP）， GKP中包含有用来加密组播的密钥Group Traffic Encryption Key（GTEK）和用来加密组密钥的密钥Group Key Encryption Key（GKEK）.当组员离开（加入）时需要O（n）个re-key信息，n是组员数。这种方法不适用于组员离开（加入）频率较高的大规模的网络。
Logical Key Hierarchy（LKH）是一种逻辑密钥树的管理方法，树的叶子节点与组成员一一对应，树的每个节点对应于一个密钥，每个组成员所指导的密钥是位于该组成员对应的叶子节点到root的路径，当组员离开（加入）时这个方法可以减少re-key信息。
文献[1，2]提出了一种基于多项式的组播密钥管理方案，在这个方案中（如图1），v是组1的组员，v传送信息m到组2的所有成员，H2，1（v）是加密m的密钥。组2的所有成员提前共享t次方程式H2，1（x），代入传送者v的ID可计算出解密密钥H2，1（v），任何组2成员可以用钥密H2，1（v）来解密它所收到的信息m，任何非组成员由于不知道密钥，无法获得信息m。但并没有提到关于加密密钥H2，1（v）的生成或传送方法，钥密管理的安全性有着很高的要求，生成和传送H2，1（v）也是重要部分之一，本文提出安全传递加密密钥H2，1（v）的方法。
Ht，j（x）：polynomial to determine the keys for decrypting the multicast traffic from a node in Gj to the members of Gt polynomial它这个就是多项式，具体含义为：组Gj的一个组员发信息给Gt所有成员的时候不是需要一个密钥加密这个信息么，计算密钥的一个多项式。
Ht，j（v）： personal key share to encrypt multicast traffic from v in Gj to the members in Gt。组Gj的一个组员发信息给Gt所有成员的时候加密信息的密钥。
GM1和GM2是组1和组2的组长。各组长互相共享公钥（GM1pub_key和GM2pub_key），而且各组组长知道成员的公钥。首先组1的组员v向组长GM1要求密钥H2，1（v），因为H2，1（v）只有组2的成员（包括组长）才能计算，所以GM1向GM2申请H2，1（v）。GM1向GM2传递组员v的公钥（v’s pub_key），此公钥用GM2的公钥加密（EGM2pub_key（v’s pub_key）），GM2收到后用自己的公钥解密v的公钥，然后GM2生成一个安全密钥sec_key，用v的公钥加密（Ev’s pub_key （sec_key））后传送给v，同时传送用sec_key加密过的H2，1（v）。v收到后先用自己的公钥解密sec_key，再用sec_key解密H2，1（v）。过程描述以下：
v→GM1：（v，GM1，request for H2，1（v））
GM1→GM2：（GM1，GM2，EGM2pub_key （v’s pub_key））
GM2→v：（GM2，v，Esec_key（H2，1（v）），Ev’s pub_key （sec_key））
2 分析
攻击者假装扮演它是组1的成员向GM2要H2，1（i），如攻击者收集了t+1个H2，1（i），它可以生成t次方程式H2，1（x），因此攻击者可以解密信息m。本文中提出的密钥传递方案可解决此问题，因为，攻击者不能解密Esec_key（H2，1（v）），要是攻击者想得到GM2生成的sec_key，它必须得知道v的公钥（Ev’s pub_key（sec_key）），但是v的公钥只有v和组长共享的。
3 结论
在组播通信中，如何保障组播安全性和可靠性是一个十分重要的问题，本文将以参考文献[1，2]为基础，提出了安全传递加密密钥的方法，简单分析了本文提出的方法具有良好的安全性和可靠性。从第三章的简单分析中可以得知攻击者很难解密 Esec_key（H2，1（v）），因此攻击者无法知道群组播通信中的数据。视频会议，军事通信，网络广播，远程教育等平台的安全可靠通信是很重要的，为了防止攻击者的干涉，密钥安全传递方案的实践是必要的部分之一。
參考文献
[1] W. Wang， B. Bhargava， Key Distribution and Update for Secure inter-group multicast communication，In Proceedings of ACM Workshop on Security of Ad Hoc and Sensor Networks， in conjunction with ACM CCS，2005：43-52.
[2] W. Wang and T.Stransky，Stateless Key Distribution for Secure intra-group and inter-group multicast in mobile wireless network，Elsevier Computer Networks，Vol.51，No.15，2007：4303-4321.