面向数据隐私保护的NDN-IoT传输机制研究

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命名数据网络(Named Data Networking,NDN)是下一代互联网体系架构的典型代表,该网络采用“以内容为中心”的设计理念,以层次化命名替代IP地址,通过基于名称的路由构建出灵活的寻址模式,结合网内缓存机制实现了内容分发性能的提升。面向具有海量设备的物联网(Internet of Things,Io T)应用场景,NDN所具备的无地址配置特点,解决了为海量物联网设备配置地址的难题;NDN所具备的命名寻址特点,为需要主动收集数据的一大类物联网应用提供了更好的网络架构支持。因此,NDN目前已被认为是极具潜力的未来物联网架构解决方案。但NDN在解决物联网地址分配与动态寻址问题的同时,面向大规模物联网节点的数据收集场景,依然存在需要改进之处:现有NDN的数据传输采用“兴趣包-数据包”交互的“一发一收”模式,这一模式有助于网内流量平衡,但是面向大规模数据收集任务,效率不高。针对这一问题,本文将可实现多点到一点消息传播的汇播通信模式引入基于NDN的Io T(NDN-Io T),通过修改兴趣包命名与待定判决表结构,设计了具备缓存能力的新型汇播网络架构;进而对网内数据汇聚中存在的隐私泄露问题,利用同态重加密技术实现了安全数据聚合并保证了密文的网内复用性,利用同态哈希实现了数据包的签名聚合,在改善网络数据收集效率的同时,也保障了数据的隐私性与安全性。论文的主要创新之处如下:(1)本文在NDN汇播网络架构设计的基础上,结合同态加密技术,提出了一种基于边缘同态重加密的NDN安全汇播机制。虽然汇播通信过程的设计,可以解决原有NDN“一发一收”模式的低效问题,利用同态加密也保障了密文汇聚的安全性。但是传统同态聚合方法,待聚合的多个密文采用数据请求者公钥进行加密,对于NDN架构,如以特定请求者公钥进行同态加密,其聚合数据将丧失重用性,无法利用NDN网络的缓存特性。鉴于此,本文采用为每个内容生成者配置通用公钥,用于加密输出数据,实现网内聚合密文可被不同请求者所复用;为边缘路由器配置针对特定请求者的重加密密钥,通过聚合密文在边缘的重加密,实现对特定请求者的安全数据分发。仿真结果表明:相比较传统以数据请求者公钥进行同态加密的SDA算法,在多数据请求者数据获取场景,本文机制数据获取时延较小,网络性能改善明显。(2)由于NDN采用基于内容本身的安全设计,每个数据包均携带数字签名标识其真实性与完整性,在安全汇播机制实现数据聚合时,如何聚合多个被聚合数据包的签名,证明聚合后的数据来源可信,是需要进一步解决的问题。鉴于此,本文提出一种基于同态哈希的签名聚合机制。该机制利用同态哈希技术对内容生成者输出的原始数据进行签名,在网内路由器将多个签名实施同态聚合,请求者接收到聚合数据后,可通过聚合签名对解密出的聚合数据进行校验,检查接收到聚合数据是否存在网内造伪或篡改。仿真结果表明:相比较现有路由器重签名技术,本机制不存在路由器泄露数据隐私问题,且具备较低的计算开销。
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