跨域的异构无线网络接入认证技术研究

论文摘要

异构无线网络融合是新一代无线通信发展的必然趋势，IEEE、3GPP等标准化组织分别制定了无线融合组网安全体系模型，并针对不同的网络融合场景，设计了相应的安全接入机制。由于多个安全域交叉、重叠、域成员动态变化等特点，异构多域无线网络面临着巨大的安全挑战。本文深入分析异构多域无线网络的迫切的安全威胁，研究其安全接入技术，具体如下：1)深入分析了3GPP、IEEE等制定的异构无线网络融合组网方案，指出其在兼容性、可扩展性等方面的不足，在此基础上，设计了一种通用异构无线网络融合组网体系和协议层次参考模型GHWNM，该模型兼容现有的各种网络技术，以对用户透明的方式完成异构网络融合，有利于促进异构无线网络的应用和普及。2)分析了3G-WLAN、IEEE802.21、环境网络和基于IMS的融合网络中的安全需求及其采取的安全机制，基于GHWNM模型，针对网络接入安全在用户管理、身份认证、密钥协商和计费等方面的要求，设计了异构无线网络接入安全模型，该模型明确了认证实体的职责以及相互关系，满足认证实体的安全需求。3)深入分析了传统异构多域无线网络接入认证面临的迫切需要解决的问题，利用CPK技术的海量密钥空间和离线认证特性，设计了一种基于CPK的异构无线网络接入认证协议CHWNAAP，以满足异构无线网络接入认证面临的大规模用户管理、身份匿名保护和安全计费等需求，并对该协议进行了效率和安全性方面的分析，证明其符合异构多域无线网络接入安全要求。4)针对移动节点域内切换的场景，基于预先的信任关系，对CHWNAAP协议进行优化，设计了域内快速重认证协议，进一步减少了域内切换时延；针对异构多域无线网络端到端安全需求，设计了跨域的端到端认证协议，保证整个过程的用户身份保护和会话数据的机密性。在以上技术的基础上，设计并实现了“跨域的无线网络安全支撑平台”，验证了本文提出的异构多域无线网络融合组网体系和协议层次参考模型及所设计协议的正确性和有效性。本文的研究成果能够应用于新一代的异构无线网络融合场景，能够为移动互联网、物联网等提供支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题来源和研究意义
• 1.3 论文内容安排
• 第二章 通用异构无线网络融合组网模型
• 2.1 3G-WLAN 网络融合技术
• 2.1.1 无线局域网和 3GPP 网络
• 2.1.2 3G-WLAN 融合技术
• 2.2 IEEE 802.2 1 标准
• 2.3 环境网络
• 2.4 基于 IMS 的下一代网络融合
• 2.5 物联网和云计算等新兴概念
• 2.5.1 物联网
• 2.5.2 云计算
• 2.6 GHWNM：通用异构无线网络融合组网体系和协议层次参考模型
• 2.6.1 新兴应用对异构无线网络融合组网的要求
• 2.6.2 现有组网模型问题分析
• 2.6.3 通用异构无线网络融合组网体系和协议层次参考模型
• 2.7 小结
• 第三章 通用异构无线网络融合组网接入安全模型
• 3.1 认证与密钥协商算法
• 3.1.1 协议过程
• 3.1.2 安全分析
• 3.2 IEEE 802.21 安全机制
• 3.3 环境网络安全机制
• 3.3.1 环境网络安全及计费需求
• 3.3.2 环境网络安全架构
• 3.4 IMS 网络安全机制
• 3.4.1 IMS 安全体系
• 3.4.2 IMS 接入网安全机制
• 3.4.3 IMS 系统安全性分析
• 3.5 GHWNM 安全需求和安全模型
• 3.5.1 异构无线网络融合组网安全需求
• 3.5.2 异构无线网络融合组网网络接入安全模型
• 3.6 小结
• 第四章 CHWNAAP：基于 CPK 的异构无线网络接入认证协议
• 4.1 组合公钥
• 4.2 CHWNAAP：基于 CPK 的异构无线网络接入认证协议
• 4.2.1 异构无线网络接入认证协议存在的问题
• 4.2.2 异构无线网络接入认证协议设计
• 4.3 CHWNAAP 协议分析
• 4.3.1 CHWNAAP 协议定性分析
• 4.3.2 CHWNAAP 协议建模分析
• 4.3.3 CHWNAAP 协议安全性分析
• 4.4 小结
• 第五章 切换认证和端到端认证中的 CHWNAAP 协议
• 5.1 基于 CPK 的异构无线网络域内切换快速重认证协议
• 5.2 基于 CPK 的异构无线网络端到端认证协议
• 5.3 小结
• 第六章 跨域的无线网络安全支撑平台设计与实现
• 6.1 系统设计
• 6.1.1 客户端软件设计
• 6.1.2 认证服务器软件设计
• 6.1.3 统一认证中心软件设计
• 6.2 跨域的无线网络安全支撑平台客户端软件实现
• 6.2.1 显示与控制子系统的实现
• 6.2.2 后台执行模块的实现
• 6.3 系统测试
• 第七章 工作总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果