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MANET路由协议的研究总结
2010年第18期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要:随着移动Ad hoc网络(MANET)的兴起,因其具有广阔的发展空间而受到广泛关注,但现有安全方案都存在局限性。本文基于对MANET的学习从以下几个方面进行讨论:MANET路由安全分析;MANET安全路由协议研究现状的分析和对相关路由协议的总结。 中国论文网 /2/view-424856.htm　　关键词:MANET;安全路由;安全路由协议 　　 　　1、引言 　　MANET为Mobile Ad hoc network的简称,移动Ad hoc网络(MANET)是一种无线自组织网络,由一组自由移动的无线节点组成。网络中节点同时具有普通节点和路由节点的能力,通过相互协作完成无线信号覆盖范围外的节点间通信。因此,网络的配置展开不需要固定的基础设施,具有较高灵活性,在军事、紧急救助、商业等领域有较好应 　　用前景。 　　 　　2、MANET路由安全分析 　　因为移动Ad hoe网络的独特特征,它不但有传统有线网络的安全问题,还有一些新的问题。在无线移动自组织网络的大部分路由协议中,为了建立路由,节点间需交换网络中的拓扑信息。这使得路由协议成为恶意节点对网络攻击的主要目标。从对移动Ad hoe网络中路由协议的攻击方式来看,分为主动攻击和被动攻击两种。 　　被动攻击是指恶意节点并不发起对路由协议的攻击,只监听网络中的路由信息,从中获取有用内容。例如攻击者通过分析所捕获的数据,得知通向某个节点的路由请求较其它点更频繁,可能就会对该节点发起攻击,从而影响整个网络的安全和性能;或者从信息中分析网络中某些节点的位置,使得网络的拓扑信息被暴露。这种攻击方式一般不易监测。 　　主动攻击是指攻击者恶意插入路由数据包、更改路由信息、发送错误或无效的路由信息达到攻击目的。其攻击来源有两种,一是外部恶意攻击者,二是内部的不安全节点。外部攻击者主要是通过插入错误的路由信息,广播过时路由信息或修改信息内容来分隔网络,或产生大量的重传信息和无效路由来加大网络负载。内部不安全节点,是指网络中具有合法用户身份的节点受恶意节点利用,向其他节点广播不正确的路由信息,从而影响其它用户的安全工作。 　　 　　3、MANET安全路由协议 　　MANET中的路由功能是通过中间节点相互协作实现的,因此中间节点的可信程度将会影响到路由的安全性。如两节点间存在链接,但不一定是可信链接;源节点和目的节点间存在的路由,由若干链接组成,但不一定是可信路由。这就需要建立一种信任模型提供对节点间的信任关系的维护、管理,从而提高链接和路由的可信性。 　　3.1现有信任模型 　　现有MANET路由协议安全方案中的信任模型包括:严格层次模型、分布式信任模型、PGP模型三种。严格层次模型主要采用PKI思想,需要存在可信第三方负责公钥证书的管理,属于集中式管理,管理中心的配置将影响网络性能及安全性。分布式信任模型是在PKI的基础上,将管理中心利用门限方案分散到网络中,只有满足门限要求数量的节点才能签发/撤销证书,提高了网络的安全性,但带来较大的网路开销,网络可用性被降低。PGP模型是以用户为中心的信任模型,每个节点负责维护与自身有关的关系,此类模型的安全性不高,不适用于大规模安全网络。MANET路由协议运行在网络协同环境中,节点问信任关系是动态变化的,因此需要建立一种动态信任模型,可以根据具体地路由行为调整节点间信任关系,同时考虑网络安全性、可用性及协议性能的平衡。模型应满足如下需求: 　　(1)分布式:路由功能是通过节点间协同操作完成的,因此信任模型的建立应该反映节点间的协同关系,即分布式管理; 　　(2)动态性:节点间的信任关系应根据拓扑结构,节点行为等因素动态调整; 　　(3)行为约束:模型应具有约束节点行为的能力,使得节点行为满足安全需求。 　　3.2动态信任模型 　　动态信任模型的基本思想是根据感知的节点行为动态调整节点间的信任关系。在MANET中主要是维护邻居节点间的信任关系。节点行为的采集方法主要分为两类:被动方式和主动方式。被动方式主要依靠混杂监听获得节点行为,由于无线信道存在信号冲突问题所以该方法准确性不高。主动方式主要依靠错误查询/回复机制,将错误定位到某两个节点间的链接。节点行为的采集范围主要是反映路由功能的行为,包括路由请求、路由回复、数据转发、差错信息等,应根据具体协议制定。动态信任模型主要分为三个部分:信任来源、信任量化和信任计算。信任来源:信任来源分为两类,直接信任和推荐信任。直接信任依靠混杂监听模式获得邻居节点行为,包括数据包转发、控制包转发、路由发现/回复、路由出错等。推荐信任主要依靠错误询问/回复机制,根据路由中间节点的回复消息将错误定位到两个节点间的链接;信任划分:根据网络应用环境和具体安全需求将信任划分为不同等级。可以采取连续方式,例如将信任度规定在[o,1]之间,也可以采取离散方式,例如将安全划分为1至5五个信任等级;信任评估:根据节点行为对信任关系的影响程度赋予不同的权值。例如,将路由伪造、篡改,数据包丢弃分配不同的权值。 　　3.3 MANET路由协议 　　到目前为止,已提出的适用于MANET网络的路由协议已有十几种,如DSDV、WRP、FSR、AODV、DSR、TORA、LAR、OLSR等。 　　3.4 MANET 安全路由协议 　　解决移动Ad hoc网络独有特点所带来的安全要求,国外许多研究者相继提出不同的见解和方案。以下几种方案具有代表性,普遍为该领域内专业人员引述: 　　SPAAR(安全定位Ad hoc路由协议),采用基于位置的设计思想,要求每个节点许通过GPS(全球定位系统)或其他定位服务掌握自己的地理位置,并拥有可信任认证服务器的身份认证。SPAAR协议的工作前提是各个节点只与自己的单跳(one―hop)邻节点通信。而每次处理路由时,对节点的身份验证则可能导致通信延时。前述内容无疑都增加了路由开销。故该协议只适合于高危险性的战略环境。 　　基于DSDV(目的节点排序距离矢量路由协议)的表驱动式路由协议SEAD(安全有效的距离矢量路由协议),以及基于Adhoc网络DSR(动态源路由协议)思想的按需路由安全协议Ariadne。因此该协议可以保证路由信息的完整性,但是网络中各节点必须及时的更新自己的路由表的记录内容,否则会加大认证开销。同时,由于采用了距离矢量路由算法,该机制受到网络规模的约束。后者引用广播认证机制TESLA,利用其中的MAC(消息鉴别码)对消息来源加以认证确保信息的真实性,从而避免了路由黑洞,路由伪造等攻击。但是,TESLA机制要求通信时钟同步,在Ad hoe网络中由于节点的移动性,这一点根本无法保证。 　　SRP(安全路由协议),使用此协议的前提是源节点和目的节点间已经建立的安全连接(S A),并拥有共享密钥。SRP包头附加于Ad hoc基本路由协议之后,其中携带了请求序列号和请求识别符用以表明路由包的及时性,以及消息鉴别码MAC。MAC的计算是以源节点地址、目的节点地址、每个路由请求的序列号以及源节点与目标节点的共享密钥作为单向散列函数的输入而产生。每次RREQ包到达目的节点后,目的节点都对其中的路由信息进行Hash运算(利用共享密钥K)生成相应的MAC,再通过RREP包把路由信息连同MAC一起返回给源节点。 　　SAR(安全意识路由协议),该协议允许用户划分路由协议的安全等级。该协议提出“保护质量”(Quality of Protection)的思想,把网络中的所有节点划分为多个信任级,具有某一个信任等级的节点在传输数据时只选择同级别的节点进行转发。源节点发起的路由发现请求也同样需要设定安全等级。为了实现这一设计目标,假设每个信任级别中的所有节点均共享一个安全连接SA(Secure Association)。各节点在进行路由发现时对所有的RREQ、RREP等路由维护数据包均用本信任级别的密钥加密后再传送。 　　 　　4、总结 　　与其他无线网络不同的是,Ad hoc网络没有部署可信赖的网络基础设施,其安全问题主要关注的是如何确保分布式网络协议能安全地操作,以及如何在对等节点之间建立起信任关系。这在很大程度上依赖于路由是否安全及密钥管理机制是否健全。路由安全一般在控制层面利用消息认证技术来解决,而密钥管理机制则相对复杂,其难点在于必须以自组织的方式管理所需的密钥信息,而基于门限加密机制的密钥管理服务可能是一个非常有潜力的解决方案。 　　参考文献: 　　[1] 甄海潮,周海刚 Ad hoe网络的安全问题和安全策略 军事通信技术 ) 　　[2] 史美林.英春 自组网路由协议综述[期刊论文]-通信学报 2001(11) 　　[3] 郑少仁.王海涛.赵志峰.米志超.黎宁 Ad Hoc网络技术 2005 　　
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