移动ad hoc网络安全综述.pdf

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1、移 动ad hoc网 络 安 全 综 述易 平 ， 蒋 嶷 川 ， 张 世 永 ， 钟 亦 平（ 复 旦 大 学 计 算 机 与 信 息 技 术 系 ， 上 海 200433）摘 要 ： 移 动 ad hoc 网 络 是 由 移 动 节 点 自 组 织 形 成 的 网 络 ， 由 于 其 动 态 拓 扑 、 无 线 通 信 的 特 点 ， 容 易 遭 受 各 种 安全 威 胁 .该 文 介 绍 了 移 动 ad hoc 网 络 安 全 研 究 的 最 新 研 究 进 展 .首 先 从 传 输 信 道 、 移 动 节 点 、 动 态 拓 扑 、 安 全 机 制 、 路 由协 议 几 方 面 ，

2、分 析 了 移 动 ad hoc 网 络 的 安 全 弱 点 ， 然 后 将 移 动 ad hoc 网 络 安 全 方 面 的 研 究 分 为 三 个 方 向 ： 密 钥 分 配 与管 理 、 入 侵 检 测 、 增 强 合 作 .对 每 个 方 向 内 一 些 典 型 安 全 方 案 也 进 行 了 分 类 论 述 ， 同 时 分 析 了 各 种 方 案 的 优 点 和 缺 点 ，并 进 行 了 综 合 比 较 .文 中 阐 明 了 目 前 协 议 存 在 的 一 些 问 题 并 提 出 了 相 应 的 改 进 方 法 ， 最 后 指 出 了 下 一 步 研 究 方 向 .关 键 词 ： 计

3、 算 机 网 络 ； 信 息 安 全 ； 移 动 ad hoc 网 络 ； 密 钥 管 理 ； 入 侵 检 测 ； 增 强 合 作中 图 分 类 号 ： TP393 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 0372-2112（ 2005） 05-0893-07A Survey of Security for Mobile Ad Hoc NetworksYI Ping， JIANG Yi-chuan， ZHANG Shi-yong， ZHONG Yi-ping（ Department of Computing and Information Technology Fudan Uniuer

4、sity， Shanghai 200433， China）Abstract： In resent years， mobiie ad hoc networks are a new emerging fieid with its potentiai appiications in extremeiy unpre-dictabie and dynamic environments.However， it is particuiariy vuinerabie due to its features of open medium， dynamic changing topoio-gy， cooperat

5、ive routing aigorithms.The articie surveys the state of the art in security for mobiie ad hoc networks.Firstiy， we anaiyzevarious possibie threats to security in mobiie ad hoc networks.Secondiy， we iiiustrate representative soiutions to deai with those threats，inciuding key management， intrusion det

6、ection and cooperation enforcement.We aiso make a comparison and discussion of their re-spective merits and fauits， and propose some ways to fix these probiems.Finaiiy， we aiso present the chaiienges which are stiii worth tofurther research in the area.Key words： network； security； mobiie ad hoc net

7、works； key management； intrusion detection； cooperation enforcement1 引 言移 动 ad hoc 网 络 作 为 一 种 新 型 的 移 动 多 跳 无 线 网 络 ， 与传 统 的 无 线 网 络 有 很 大 不 同 ， 它 不 依 赖 于 任 何 固 定 的 基 础 设施 和 管 理 中 心 ， 而 是 通 过 传 输 范 围 有 限 的 移 动 节 点 间 的 相 互协 作 和 自 我 组 织 来 保 持 网 络 连 接 和 实 现 数 据 的 传 递 .移 动 adhoc 网 络 的 独 特 的 结 构 ， 从 而 产

8、 生 了 一 些 突 出 的 特 点 1： 动 态的 拓 扑 结 构 、 有 限 的 资 源 、 多 跳 的 通 信 、 脆 弱 的 网 络 安 全 .传 统 网 络 中 ， 主 机 之 间 的 连 接 是 固 定 的 ， 网 络 采 用 层 次 化的 体 系 结 构 ， 并 具 有 稳 定 的 拓 扑 .传 统 网 络 提 供 了 多 种 服 务 ，包 括 路 由 器 服 务 、 命 名 服 务 、 目 录 服 务 等 ， 并 且 在 此 基 础 上 实现 了 相 关 的 安 全 策 略 ， 如 加 密 、 认 证 、 访 问 控 制 和 权 限 管 理 、 防火 墙 等 .而 在 移 动

9、ad hoc 网 络 中 没 有 基 站 或 中 心 节 点 ， 所 有 节点 都 是 移 动 的 ， 网 络 的 拓 扑 结 构 动 态 变 化 .并 且 节 点 间 通 过 无线 信 道 相 连 ， 没 有 专 门 的 路 由 器 ， 节 点 自 身 同 时 需 要 充 当 路 由器 ， 也 没 有 命 名 服 务 、 目 录 服 务 等 网 络 功 能 .两 者 的 区 别 导 致了 在 传 统 网 络 中 能 够 较 好 工 作 的 安 全 机 制 不 再 适 用 于 移 动ad hoc 网 络 .因 此 ， 移 动 ad hoc 网 络 比 固 定 网 络 更 容 易 遭 受 各种

10、安 全 的 威 胁 ， 如 窃 听 、 伪 造 身 份 、 重 放 、 篡 改 报 文 和 拒 绝 服 务等 等 .本 文 首 先 分 析 了 移 动 ad hoc 网 络 的 安 全 弱 点 ， 然 后 综 述了 现 行 的 各 种 解 决 方 法 ， 并 指 出 了 各 种 方 案 的 优 点 和 缺 点 .2 移 动 ad hoc 网 络 的 安 全 弱 点2.1 传 输 信 道 方 面移 动 ad hoc 网 络 采 用 无 线 信 号 作 为 传 输 媒 介 ， 其 信 息 在空 中 传 输 ， 无 需 像 有 线 网 络 一 样 ， 要 切 割 通 信 电 缆 并 搭 接 才 能偷

11、 听 ， 任 何 人 都 可 接 收 ， 所 以 容 易 被 敌 方 窃 听 .无 线 信 道 又 容易 遭 受 敌 方 的 干 扰 与 注 入 假 报 文 .2.2 移 动 节 点 方 面因 为 节 点 是 自 主 移 动 的 ， 不 像 固 定 网 络 节 点 可 以 放 在 安全 的 房 间 内 ， 特 别 是 当 移 动 ad hoc 网 络 布 置 于 战 场 时 ， 其 节 点本 身 的 安 全 性 是 十 分 脆 弱 的 .节 点 移 动 时 可 能 落 入 敌 手 ， 节 点内 的 密 钥 、 报 文 等 信 息 都 会 被 破 获 ， 然 后 节 点 又 可 能 以 正 常

12、的收 稿 日 期 ： 2004-08-19； 修 回 日 期 ： 2005-01-23基 金 项 目 ： 国 家 863 计 划 信 息 安 全 技 术 主 题 资 助 项 目 （ No.2003AA148010） ；“ 十 五 ” 国 家 科 技 攻 关 计 划 信 息 安 全 资 助 项 目 （ No.2002DA103A03-07）第 5 期2005 年 5 月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICAVoi.33 No.5May 2005面 目 重 新 加 入 网 络 ， 用 来 获 取 秘 密 和 破 坏 网 络 的 正 常 功 能 .因此 ， 移 动 ad hoc

13、 网 络 不 仅 要 防 范 外 部 的 入 侵 ， 而 且 要 对 付 内 部节 点 的 攻 击 .2.3 动 态 的 拓 扑移 动 ad hoc 网 络 中 节 点 的 位 置 是 不 固 定 的 ， 可 随 时 移 动 ，造 成 网 络 的 拓 扑 不 断 变 化 .一 条 正 确 的 路 由 可 能 由 于 目 的 节点 移 动 到 通 信 范 围 之 外 而 不 可 达 ， 也 可 能 由 于 路 由 途 经 的 中间 节 点 移 走 而 中 断 .因 此 ， 难 于 区 别 一 条 错 误 的 路 由 是 因 为 节点 是 移 动 造 成 的 还 是 虚 假 路 由 信 息 形 成

14、 的 .由 于 节 点 的 移 动性 ， 在 某 处 被 识 别 的 攻 击 者 移 动 到 新 的 地 点 ， 改 变 标 识 后 ， 它可 重 新 加 入 网 络 .另 外 由 于 动 态 的 拓 扑 ， 网 络 没 有 边 界 ， 防 火墙 也 无 法 应 用 .2.4 安 全 机 制 方 面在 传 统 的 公 钥 密 码 体 制 中 ， 用 户 采 用 加 密 、 数 字 签 名 、 报文 鉴 别 码 等 技 术 来 实 现 信 息 的 机 密 性 、 完 整 性 、 不 可 抵 赖 性 等安 全 服 务 .然 而 它 需 要 一 个 信 任 的 认 证 中 心 来 提 供 密 钥 管

15、 理服 务 .但 在 移 动 ad hoc 网 络 中 不 允 许 存 在 单 一 的 认 证 中 心 ， 否则 不 仅 单 个 认 证 中 心 的 崩 溃 将 造 成 整 个 网 络 无 法 获 得 认 证 ，而 且 更 为 严 重 的 是 ， 被 攻 破 认 证 中 心 的 私 钥 可 能 会 泄 露 给 攻击 者 ， 攻 击 者 可 以 使 用 其 私 钥 来 签 发 错 误 的 证 书 ， 假 冒 网 络 中任 一 个 移 动 节 点 ， 或 废 除 所 有 合 法 的 证 书 ， 致 使 网 络 完 全 失 去了 安 全 性 .若 通 过 备 份 认 证 中 心 的 方 法 虽 然

16、提 高 了 抗 毁 性 ， 但也 增 加 了 被 攻 击 的 目 标 ， 任 一 个 认 证 中 心 被 攻 破 ， 则 整 个 网 络就 失 去 了 安 全 性 .2.5 路 由 协 议 方 面路 由 协 议 的 实 现 也 是 一 个 安 全 的 弱 点 ， 路 由 算 法 都 假 定网 络 中 所 有 节 点 是 相 互 合 作 的 ， 共 同 去 完 成 网 络 信 息 的 传 递 .如 果 某 些 节 点 为 节 省 本 身 的 资 源 而 停 止 转 发 数 据 ， 这 就 会 影响 整 个 网 络 性 能 .更 可 怕 的 是 参 与 到 网 络 中 的 攻 击 者 专 门 广播

17、 假 的 路 由 信 息 ， 或 故 意 散 布 大 量 的 无 用 数 据 包 ， 从 而 导 致 整个 网 络 的 崩 溃 .3 密 钥 管 理由 于 移 动 ad hoc 网 络 具 有 自 组 织 和 动 态 拓 扑 的 特 性 ， 使得 在 固 定 网 络 中 常 用 的 密 钥 管 理 手 段 无 法 在 ad hoc 网 络 中 应用 ， 例 如 ： Certification Authority（ CA） 或 Key Distribution Center（ KDC） 就 无 法 在 移 动 ad hoc 网 络 应 用 ， 使 用 这 些 设 施 其 一 容易 导 致 单 点

18、 失 败 和 拒 绝 服 务 ， 即 该 设 施 由 于 敌 方 攻 击 而 失 灵了 ， 整 个 网 络 就 不 能 正 常 运 转 了 ， 其 二 由 于 无 线 多 跳 通 信 误 码率 高 和 网 络 拓 扑 动 态 变 化 ， 会 大 大 降 低 服 务 的 成 功 率 ， 延 长 服务 时 间 ， 其 三 ， 容 易 导 致 网 络 拥 塞 ， 本 来 就 不 充 足 的 传 输 带 宽 ，网 络 中 各 节 点 还 都 要 到 该 节 点 去 认 证 .文 献 2 模 拟 试 验 了 集中 认 证 、 分 布 认 证 、 本 地 认 证 三 种 方 法 的 可 扩 展 性 、 健

19、 壮 性 和有 效 性 ， 其 中 使 用 集 中 CA 的 认 证 性 能 最 差 ， 特 别 当 网 络 节 点数 量 增 加 、 网 络 负 载 上 升 时 ， 集 中 认 证 的 性 能 明 显 下 降 .通 过实 验 证 实 了 集 中 CA 的 方 法 在 移 动 ad hoc 网 络 中 无 法 应 用 ，但 是 近 来 提 出 的 许 多 ad hoc 路 由 安 全 协 议 ， 都 要 求 事 先 存 在或 预 先 分 配 共 享 密 钥 或 公 开 密 钥 ， 这 就 要 求 提 供 适 应 于 移 动ad hoc 网 络 的 密 钥 管 理 手 段 .下 面 首 先 介

20、绍 两 种 具 有 代 表 性的 密 钥 管 理 方 案 ， 其 次 介 绍 其 他 几 种 解 决 的 方 案 .3.1 分 布 式 的 密 钥 管 理Lidong Zhou 和 Zygmunt J.Haas 提 出 一 种 基 于 门 限 密 码 理论 ， 实 现 分 布 式 的 CA 来 进 行 密 钥 管 理 的 算 法 3.所 谓 （ l， ）门 限 密 码 ， 即 将 密 钥 分 为 l 份 子 密 钥 ， 其 中 任 意 份 子 密 钥联 合 起 来 即 可 完 成 加 解 密 操 作 ， 而 当 份 数 小 于 时 则 不 能 执行 加 解 密 操 作 .该 算 法 利 用 门

21、 限 密 码 的 特 点 ， 网 络 初 始 化 时 ，由 集 中 的 CA 将 网 络 系 统 私 钥 分 为 l 份 ， 指 定 l 个 节 点 拥 有 ，这 l 个 节 点 就 充 当 了 分 布 式 的 CA. 当 需 要 CA 来 发 布 证 书时 ， 这 l 个 节 点 中 的 任 意 个 合 作 生 成 一 份 有 效 的 证 书 .当 新节 点 加 入 网 络 时 ， 就 可 向 这 l 个 节 点 中 的 任 意 个 节 点 提 出证 书 申 请 ， 每 个 节 点 返 回 部 分 签 名 证 书 ， 合 起 来 就 形 成 了 一 份完 整 的 证 书 .为 了 防 止 T

22、Ob le aduersar es 4攻 击 ， 即 敌 方 攻 破 一个 节 点 后 转 向 下 个 节 点 ， 这 样 经 过 一 段 时 间 后 会 攻 破 很 多 节点 ， 甚 至 达 到 节 点 ， 采 取 共 享 更 新 算 法 ， 即 从 老 的 l 份 私 钥中 生 成 新 的 l 份 私 钥 .因 为 新 的 私 钥 独 立 于 老 私 钥 ， 所 以 只 要更 新 周 期 合 适 ， 就 能 对 抗 mobiie adversaries 攻 击 .文 献 5 设 计了 该 算 法 的 具 体 实 现 细 节 ， 并 用 网 络 模 拟 器 检 测 其 算 法 的 性能 .该

23、 算 法 的 优 点 是 将 单 一 的 CA 服 务 分 散 到 l 个 节 点 中 去 ，有 效 地 防 止 了 单 点 失 败 ， 提 高 了 网 络 的 健 壮 性 ， 只 要 被 攻 陷 节点 少 于 个 ， 整 个 网 络 仍 然 是 安 全 的 .缺 点 有 两 点 ， 其 一 是 增加 了 计 算 负 载 ， 需 要 指 定 l 个 节 点 充 当 CA 服 务 器 ， 签 发 证书 ， 增 加 了 这 l 个 节 点 的 计 算 负 载 . 其 二 是 增 加 了 网 络 传 输负 载 ， 因 为 在 集 中 式 的 CA 中 ， 节 点 只 需 与 一 个 CA 联 系 返

24、 回一 份 证 书 ， 而 分 布 式 CA， 节 点 需 要 到 个 持 有 系 统 私 钥 的 节点 去 申 请 ， 返 回 份 证 书 ， 而 这 些 节 点 可 能 遍 布 于 网 络 各 处 ，需 要 多 跳 通 信 才 能 达 到 ， 至 少 与 个 节 点 都 成 功 通 信 时 ， 才能 完 成 .熊 焰 等 人 6对 门 限 加 密 算 法 进 行 了 改 进 ， 提 出 了 一 种多 跳 步 加 密 签 名 函 数 签 名 的 方 法 ， 将 移 动 密 码 学 与 门 限 加 密分 布 式 认 证 相 结 合 ， 用 以 提 高 门 限 加 密 的 安 全 性 .Jiej

25、un Kong 等 人 提 出 了 一 个 类 似 的 方 案 7， 改 进 了 上 述方 案 ， 增 强 了 可 用 性 . 网 络 系 统 初 始 化 时 ， 由 集 中 的 CA 将 系统 私 钥 分 为 份 授 权 给 个 节 点 ， 然 后 由 这 个 节 点 联 合 起来 继 续 将 私 钥 授 与 网 络 中 其 余 各 节 点 .这 样 ， 系 统 私 钥 不 只 分为 l 份 由 l 个 节 点 持 有 ， 而 是 网 络 中 每 个 节 点 都 持 有 一 份 系统 私 钥 .节 点 加 入 网 络 时 ， 只 要 向 周 围 个 邻 居 节 点 提 出 申请 ， 即 可

26、获 得 证 书 .该 方 案 将 分 布 式 认 证 转 化 为 本 地 认 证 ， 提高 可 用 性 ， 降 低 了 网 络 负 载 .该 方 案 还 具 有 扩 展 性 ， 无 论 网 络扩 大 或 缩 小 都 可 适 用 .文 献 8 也 提 出 了 类 似 的 方 案 ， 只 是 增加 了 邻 居 监 视 功 能 ， 每 个 节 点 的 周 围 的 邻 居 不 仅 联 合 颁 发 证书 ， 而 且 负 责 监 视 其 的 行 为 .如 果 该 节 点 有 恶 意 行 为 ， 证 书 到期 后 将 不 能 申 请 到 证 书 .此 类 方 案 的 缺 点 是 每 个 节 点 都 拥 有私

27、 钥 ， 随 着 系 统 私 钥 的 拥 有 节 点 数 目 的 增 加 ， 对 其 管 理 和 维 护的 费 用 也 在 增 加 .3.2 自 组 织 的 密 钥 管 理Jean-Pierre Hubaux 等 人 首 先 在 文 献 9 中 提 出 该 算 法 并 进行 了 概 要 介 绍 ， Srdjan Capkun 等 有 在 文 献 10 中 对 该 算 法 进行 了 详 细 论 述 并 进 行 了 模 拟 实 验 . 该 算 法 不 需 要 公 认 的 CA来 发 布 证 书 ， 节 点 自 己 发 布 并 维 护 证 书 ， 类 似 于 PGP 算 法 ， 用498 电 子 学

28、 报 2005 年户 通 过 证 书 链 来 实 现 认 证 .与 PGP 算 法 不 同 的 是 ， 用 户 证 书是 靠 用 户 自 己 分 配 并 分 布 存 储 于 每 个 用 户 自 身 节 点 之 中 ， 而不 是 存 储 于 认 证 服 务 器 之 中 .在 该 算 法 分 为 两 步 ， 第 一 步 每 个用 户 在 本 节 点 构 筑 一 个 证 书 数 据 库 ， 用 户 首 先 生 成 本 节 点 的公 钥 和 私 钥 ， 然 后 发 布 自 己 的 证 书 并 收 集 其 他 节 点 的 证 书 ， 最后 按 一 定 算 法 形 成 本 地 证 书 数 据 库 .第 二

29、 步 当 两 个 用 户 需 要相 互 认 证 时 ， 他 们 合 并 他 们 各 自 拥 有 的 证 书 数 据 库 形 成 一 张认 证 路 径 图 ， 并 试 图 从 该 图 中 发 现 一 条 认 证 链 路 .如 果 发 现 一条 认 证 路 径 ， 则 认 证 成 功 ， 否 则 认 证 失 败 .本 算 法 的 优 点 在 于 完 全 不 需 要 CA 来 发 布 和 维 护 证 书 ，防 止 了 单 点 失 败 .缺 点 有 三 点 ， 其 一 ， 由 于 没 有 CA 来 验 证 身份 ， 任 何 能 发 布 证 书 的 节 点 均 能 加 入 网 络 ， 攻 击 者 可 假

30、 冒 合 法节 点 或 编 造 节 点 标 识 发 布 证 书 加 入 网 络 .其 二 因 为 节 点 存 储证 书 信 息 不 完 全 ， 不 能 保 证 100%认 证 ， 其 认 证 成 功 率 与 证 书数 据 库 形 成 密 切 相 关 .其 三 算 法 的 扩 展 性 不 好 ， 当 网 络 扩 大时 ， 证 书 数 据 库 的 形 成 、 维 护 和 认 证 的 花 费 会 明 显 增 加 .! 两 种 密 钥 管 理 方 案 的 比 较 和 分 析分 布 式 和 自 组 织 的 密 钥 管 理 是 较 为 典 型 的 两 种 类 密 钥 管理 方 案 ， 表 1 对 这 两

31、种 方 案 进 行 了 比 较 !它 们 的 特 点 为 ：表 # 分 布 式 密 钥 管 理 与 自 组 织 密 钥 管 理 的 比 较算 法 分 类 分 布 式 的 密 钥 管 理 自 组 织 的 密 钥 管 理理 论 基 础 门 限 密 码 PGP 技 术前 提条 件信 任 实 体 生 成 系 统 公 钥 和私 钥 ， 将 公 钥 发 送 给 所 有 节点 ， 将 私 钥 分 为 份 授 与 个 节 点 持 有各 节 点 通 过 证 书 交 换 ， 形 成本 地 证 书 数 据 库证 书管 理由 个 持 有 系 统 私 钥 的 节点 中 # 个 联 合 颁 发 并 管 理由 节 点 自

32、己 生 成 并 管 理认 证方 式通 过 系 统 公 钥 校 验 节 点 的证 书通 过 证 书 链优 势 防 止 了 单 点 失 败 防 止 了 单 点 失 败劣 势增 加 了 计 算 负 载 和 网 络 流量攻 击 者 可 假 冒 合 法 节 点 发布 证 书 、 算 法 的 扩 展 性 不 好上 述 各 种 密 钥 管 理 方 案 都 考 虑 到 移 动 ad hoc 网 络 自 组 织无 中 心 的 特 点 ， 为 了 防 止 单 点 失 败 ， 设 计 上 采 取 各 种 方 法 代 替集 中 的 CA， 如 采 用 分 布 式 的 CA、 自 组 织 的 方 法 !在 分 布 式

33、的 密 钥 管 理 中 ， 将 集 中 的 CA 分 配 到 个 节 点中 去 ， 由 个 节 点 中 的 # 个 节 点 合 作 签 发 证 书 !节 点 必 须 与 #个 节 点 都 建 立 通 信 并 成 功 申 请 到 # 份 证 书 才 能 合 成 一 份 有 效的 证 书 !这 # 个 节 点 可 能 分 布 在 网 络 各 处 ， 需 要 多 跳 通 信 才能 到 达 !如 果 与 # 个 节 点 中 任 意 一 个 节 点 通 信 失 败 或 返 回 证书 有 误 ， 则 无 法 合 成 证 书 ， 整 个 申 请 失 败 ， 必 须 再 找 # 个 节 点重 新 开 始 申

34、请 !从 上 述 过 程 可 以 看 出 ， 分 布 式 的 CA 虽 然 防 止了 单 点 失 败 ， 但 也 增 加 了 网 络 负 载 ， 延 长 了 服 务 时 间 ， 降 低 了申 请 证 书 的 成 功 率 !在 自 组 织 的 密 钥 管 理 方 案 中 ， 每 个 节 点 负 责 颁 发 和 维 护自 己 的 证 书 ， 由 于 没 有 CA 来 验 证 身 份 ， 任 何 能 发 布 证 书 的 节点 均 能 加 入 网 络 ， 攻 击 者 可 假 冒 或 编 造 节 点 标 识 发 布 证 书 加入 网 络 !解 决 该 问 题 可 采 用 ， 首 先 通 过 检 测 证

35、书 的 一 致 性 来 发现 假 冒 行 为 ， 如 同 一 份 证 书 代 表 了 两 个 节 点 ， 然 后 通 过 邻 居 监视 来 确 定 假 冒 者 ， 从 而 将 其 排 除 出 网 络 !$ 其 他 一 些 密 钥 管 理 方 案Frank Stajano 和 Ross Anderson 提 出 复 活 鸭 子 的 安 全 模式 11， 鸭 子 破 壳 而 出 之 后 ， 它 会 把 它 见 到 的 第 一 个 移 动 物 体作 为 它 的 母 亲 .与 此 类 似 ， 节 点 初 始 化 时 ， 它 将 第 一 个 发 给 它密 钥 的 节 点 作 为 它 的 拥 有 者 ，

36、它 只 接 受 拥 有 者 的 控 制 .这 种 控制 一 直 保 持 到 节 点 死 亡 ， 节 点 重 新 复 活 后 可 产 生 新 的 拥 有 者 .这 样 就 形 成 了 一 种 树 状 的 密 钥 分 发 与 管 理 模 式 .这 种 方 案 适用 于 低 价 的 嵌 入 式 设 备 ， 如 sensor networks. 它 的 优 点 在 于 简单 ， 不 需 复 杂 的 计 算 .缺 点 是 缺 乏 灵 活 性 ， 如 果 一 个 节 点 失 灵了 ， 它 所 带 的 所 有 子 节 点 和 孙 节 点 都 将 无 法 进 行 安 全 通 信 .N.Asokan 和 Phi

37、lip Ginzboorg 提 出 一 种 基 于 口 令 的 密 钥 管理 方 案 12.该 方 案 针 对 一 群 带 着 笔 记 本 电 脑 的 人 在 一 间 会 议室 里 开 会 ， 在 没 有 任 何 安 全 架 构 的 情 况 下 ， 建 立 各 移 动 电 脑 之间 的 安 全 信 息 交 换 .它 的 基 本 思 想 是 从 一 个 弱 的 口 令 字 ， 通 过多 方 Diffie-hellman 密 钥 交 换 ， 最 终 生 成 用 于 信 息 安 全 交 换 的密 钥 .该 方 案 也 不 需 要 CA 或 KDC， 但 只 适 用 于 小 范 围 ， 扩 展性 不

38、好 .Zheng Yan 提 出 基 于 外 部 CA 的 密 钥 管 理 13.外 部 CA 可设 立 在 卫 星 或 飞 机 上 ， 采 用 广 播 加 密 技 术 来 发 送 信 息 .网 络 中节 点 嵌 入 专 用 硬 件 来 实 现 密 钥 的 存 储 、 加 密 和 解 密 操 作 .该 方案 对 硬 件 要 求 过 高 ， 适 用 面 不 广 .Srdjan Capkun 提 出 通 过 节 点 的 移 动 来 建 立 交 换 密 钥 的 方案 14.它 认 为 节 点 的 移 动 性 能 够 帮 助 网 络 安 全 的 实 现 .因 为移 动 ad hoc 网 络 中 节 点

39、 在 频 繁 移 动 中 ， 所 以 任 意 两 节 点 有 机会 相 互 见 面 ， 当 它 们 接 近 到 一 定 程 度 时 ， 通 过 安 全 旁 路 （ 如 红外 信 道 ） 相 互 交 换 密 钥 ， 以 此 种 方 式 实 现 密 钥 的 建 立 和 维 护 .该 方 案 也 不 需 要 CA， 但 分 配 密 钥 需 要 耗 费 一 定 的 时 间 且 受 到节 点 移 动 模 式 、 分 布 范 围 等 因 素 的 影 响 ， 文 献 15 17 提 出 组密 钥 管 理 ， 它 们 共 同 的 特 点 是 将 网 络 分 为 多 个 组 ， 组 头 负 责 组内 各 节 点

40、 的 密 钥 管 理 .该 方 案 在 一 定 程 度 上 防 止 了 单 点 失 败 ，但 由 于 节 点 的 移 动 性 ， 组 头 和 组 员 管 理 十 分 复 杂 .$ 入 侵 检 测从 第 2 节 可 以 看 出 ， 无 线 信 道 、 动 态 拓 扑 、 合 作 的 路 由 算法 、 缺 乏 集 中 的 监 控 等 都 使 得 移 动 ad hoc 网 络 安 全 更 加 脆 弱 ，特 别 是 移 动 节 点 缺 乏 物 理 保 护 ， 容 易 被 偷 窃 、 捕 获 ， 落 入 敌 手后 重 新 加 入 网 络 ， 导 致 攻 击 从 内 部 产 生 .而 采 用 密 码 学

41、理 论 的网 络 安 全 方 案 无 法 对 抗 此 类 攻 击 .此 外 ， 网 络 安 全 的 发 展 史 告诉 我 们 没 有 100%的 安 全 方 案 ， 无 论 多 么 安 全 的 方 案 都 可 能存 在 这 样 或 那 样 的 漏 洞 .因 此 ， 入 侵 检 测 就 理 应 成 为 安 全 方 案之 后 的 第 二 道 防 护 墙 .$# 入 侵 检 测 方 案Yongguang Zhang 和 Weeke Lee 提 出 了 一 个 基 于 agent 的 分布 式 协 作 入 侵 检 测 方 案 18.在 该 方 案 中 IDS agent 运 行 于 网 络中 每 一

42、个 节 点 上 ， 拥 有 六 大 功 能 模 块 ， 分 为 数 据 收 集 、 本 地 检测 、 合 作 检 测 、 本 地 入 侵 响 应 、 全 局 入 侵 响 应 、 安 全 通 信 .图 1为 IDS agent 由 六 大 功 能 模 块 组 成 的 示 意 图 .其 过 程 为 首 先 执行 本 地 数 据 收 集 和 检 测 .如 果 本 地 节 点 能 够 确 定 入 侵 已 发 生 ，598第 5 期 易 平 ： 移 动 ad hoc 网 络 安 全 综 述则 直 接 告 警 . 如 果 只 是 怀疑 有 入 侵 行 为 ， 本 地 节 点能 够 激 发 多 节 点 的

43、协 作 检测 ， 进 一 步 是 否 发 生 了 入侵 .如 果 确 定 有 入 侵 则 激发 全 网 的 入 侵 响 应 . 同 时提 出 了 一 个 检 测 路 由 进 攻的 异 常 检 测 模 型 ， 通 过 提取 正 常 网 络 运 行 时 的 数据 ， 进 行 分 类 训 练 ， 实 现 对路 由 入 侵 的 检 测 .为 了 提 高 检 测 效 率 ， 入 侵 检 测 并 不 局 限 于 网络 层 ， 而 是 多 层 综 合 检 测 .上 述 方 案 的 优 势 有 两 点 ， 其 一 ， 提 出 了 分 布 式 协 作 入 侵 检测 的 架 构 ， 利 用 分 布 在 每 个 节

44、 点 的 IDS agent 独 立 完 成 本 地 检测 ， 合 作 完 成 全 局 检 测 ， 适 合 于 移 动 ad hoc 网 络 自 组 织 的 特点 .其 二 ， 采 用 多 层 综 合 入 侵 检 测 ， 提 高 了 检 测 效 率 .缺 点 也 有两 点 ， 其 一 ， 采 用 异 常 检 测 模 式 ， 要 事 先 采 样 数 据 进 行 训 练 ， 不适 合 于 移 动 ad hoc 网 络 多 变 的 应 用 场 合 .其 二 ， 每 个 节 点 都 运行 有 agent， 占 用 过 多 的 内 存 和 计 算 资 源 .Oieg Kachirski 和 Ratan

45、Guha 提 出 了 基 于 移 动 agent 的 入 侵检 测 方 案 19.他 们 认 为 Yongguan Zhang 的 方 案 每 个 节 点 都 有agent， 过 于 占 用 网 络 资 源 ， 为 了 节 省 资 源 ， 只 是 在 某 些 节 点 上驻 留 有 监 视 网 络 的 agent， 并 且 agent 的 数 量 可 按 要 求 进 行 增减 .Chin-Yang Tseng 等 有 提 出 了 基 于 规 范 （ specification-based）入 侵 检 测 方 案 20.该 方 案 利 用 分 布 在 网 络 中 的 监 测 点 ， 合 作监 视

46、在 AODV 路 由 查 询 过 程 中 ， 被 监 视 节 点 是 否 按 路 由 规 范进 行 操 作 .如 果 发 现 不 一 致 则 报 警 .检 测 过 程 为 ， 监 听 节 点 对查 询 报 文 的 处 理 过 程 ， 记 录 下 来 形 成 转 发 表 和 操 作 树 ， 然 后 用规 范 形 成 的 有 限 状 态 机 进 行 检 查 ， 输 出 为 正 常 状 态 、 怀 疑 状态 、 入 侵 状 态 三 种 结 果 ， 再 分 别 进 行 不 同 的 处 理 .该 方 案 优 点在 于 采 用 了 基 于 规 范 入 侵 检 测 ， 既 不 需 要 事 先 提 取 入 侵

47、 行 为特 征 ， 也 不 需 要 数 据 进 行 训 练 ， 有 较 高 的 检 测 率 和 较 低 的 误 报率 .缺 点 为 ， 占 用 节 点 较 多 的 计 算 资 源 ， 也 未 用 实 验 进 行 验 证 .易 平 等 人 21提 出 一 种 基 于 时 间 自 动 机 的 入 侵 检 测 算 法 .其 算 法 为 ， 将 整 个 网 络 划 分 为 一 个 个 区 域 ， 每 个 区 域 随 机 选 出一 个 节 点 作 为 监 视 节 点 .然 后 ， 按 照 路 由 协 议 构 筑 节 点 正 常 行为 和 入 侵 行 为 的 时 间 自 动 机 ， 监 视 节 点 收 集

48、 其 邻 居 节 点 的 行为 信 息 ， 利 用 时 间 自 动 机 分 析 节 点 的 行 为 ， 确 定 入 侵 者 .本 算法 不 需 要 事 先 进 行 数 据 训 练 并 能 够 实 时 检 测 入 侵 行 为 .4.2 入 侵 检 测 方 案 比 较 与 分 析表 2 对 四 种 入 侵 检 测 方 案 进 行 比 较 ， 它 们 具 有 以 下 特 点 ：表 2 四 种 入 侵 检 测 方 案 的 比 较协 议 名 称 基 于 agent 的 分 布 式 协 作 入 侵 检 测 基 于 移 动 agent 的 入 侵 检 测 基 于 规 范 入 侵 检 测 基 于 时 间 自

49、动 机 的 入 侵 检 测执 行 者 驻 留 节 点 上 的 agent 各 种 移 动 agent 每 个 节 点 每 个 区 域 一 个 监 视 节 点检 测 模 式 异 常 检 测 异 常 检 测 基 于 规 范 的 检 测 基 于 时 间 自 动 机 的 检 测检 测 方 法 分 布 式 监 测 、 邻 居 监 视 分 布 式 监 测 、 邻 居 监 视 分 布 式 监 测 、 邻 居 监 视 分 布 式 监 测优 点 各 agent 合 作 监 测 与 响 应可 动 态 调 整 agent 数 量 ， 降 低 对资 源 的 消 耗不 需 要 数 据 进 行 训 练 ，较 高 的 检 测 率实 时 检 测 ， 不 需 要 事 先 进 行 数据 训 练缺 点 占 用 过 多 资 源 协 议 比 较 复 杂 计 算 量 大 占 用 监 视 节 点 资 源 过 多因 为 没 有 统 一 的 监 测 点 ， 任 何 节 点 收 集 的 信 息 是 不 完 全的 ， 所 以 它 们 都 采 用 分 布 式 邻 居 监 测 ， 协 同 检 测 的 方 法 .现 行 的 入 侵 检 测 的 架 构 为 使 用 a