RSSP-Ⅱ中消息认证码算法的安全性研究
发布时间：2021-05-08 21:07
作为CTCS-3级列车控制系统中信号安全通信的核心协议,RSSP-Ⅱ协议对高铁的安全运营起到了至关重要的作用。本文在分析RSSP-Ⅱ铁路信号安全协议的基础之上,通过研究分析认为RSSP-Ⅱ中消息认证码算法底层加密算法的安全性有待提高。首先,随着计算机处理能力的不断增强,密钥长度仅有56bit的DES算法不再被认为是安全的。例如在1998年7月,DES被当时名为EFF的团队宣布破解。其次,目前消息认证码算法底层使用的加密算法是TDES算法,它是DES算法的一个更安全的变形,密钥K1、K2和K3决定了TDES算法的安全性,但是TDES算法中的明文长度依旧是64位,就安全性和效率而言,明文分组长度与密钥长度的增长不相匹配。围绕该问题,本文提出了针对性的改进方案,为列控系统信号传输提供更高的安全保障。首先,鉴于高级加密标准AES算法在安全性和效率等方面均有突出表现,本文的创新点在于将高级加密标准AES算法引入到了RSSP中的消息认证码算法中并通过FPGA实现,从而提高RSSP-Ⅱ中消息认证码算法的安全性。本文对改进的基于AES的...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
2 信号系统网络通信协议
2.1 开放式传输系统简介
2.2 RSSP-Ⅱ安全通信协议简介
2.3 消息认证码算法概述
2.4 AES算法原理
2.5 目前RSSP-Ⅱ协议存在的问题
2.6 本章小结
3 RSSP-Ⅱ中消息认证码算法的改进及优化
3.1 改进的基于AES算法的MASL-AES-MAC算法
3.1.1 AES算法的硬件设计
3.1.2 改进的基于AES算法的MASL-AES-MAC算法设计
3.2 对改进的MASL-AES-MAC算法的优化设计
3.2.1 轮代换模块的优化
3.2.2 密钥扩展模块的优化
3.3 本章小结
4 改进RSSP-Ⅱ协议的形式化建模及安全性分析
4.1 形式化分析方法概述
4.2 模型检测工具Casper/FDR
4.3 基于AES算法的RSSP-Ⅱ协议的安全性分析验证
4.3.1 改进协议中消息认证码算法安全性的理论分析
4.3.2 改进协议的安全性验证分析
4.4 本章小结
5 消息认证码算法的功能仿真和性能分析
5.1 开发环境简介
5.2 测试向量的选取
5.3 功能模块仿真
5.3.1 S盒模块仿真
5.3.2 M盒模块仿真
5.3.3 轮密钥扩展模块仿真
5.3.4 算法整体功能仿真
5.4 实验评价标准
5.5 性能分析
5.6 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录A
附录B
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的有限域NTT算法设计与实现[J]. 谢星,孙玲,黄新明,韩赛飞. 现代电子技术. 2020(09)
[2]RSSP-Ⅱ铁路信号安全通信协议的安全性分析[J]. 郭伟,闫连山,王小敏,陈建译,李赛飞. 铁道学报. 2016(08)
[3]高速铁路信号系统网络安全与统一管控[J]. 李赛飞,闫连山,郭伟,郭进,陈建译,潘炜,方旭明. 西南交通大学学报. 2015(03)
[4]Ⅰ型铁路信号安全协议的消息时效性防护机制[J]. 臧永立,杨霓霏,卢佩玲,王浩. 中国铁道科学. 2015(02)
[5]铁路信号安全通信协议中的MAC改进算法[J]. 张元玲,徐中伟,万勇兵,夏志翔. 计算机工程. 2012(03)
博士论文
[1]安全苛求通信系统的形式化建模及验证[D]. 郑长宗.中国铁道科学研究院 2011
[2]安全协议形式化分析中认证测试方法的研究[D]. 刘家芬.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于认证加密机制的列控信号安全通信协议研究[D]. 代新月.西南交通大学 2019
[2]基于3DES算法的电子锁安全性研究[D]. 张彦峰.华中科技大学 2019
[3]基于AES算法的车载安全CAN网络协议IP设计[D]. 蒋继强.湖南师范大学 2019
[4]面向分组密码算法可重构架构的抗功耗攻击研究[D]. 陈圣华.东南大学 2018
[5]铁路信号安全通信协议RSSP-Ⅱ研究及核心算法的FPGA实现[D]. 张启鹤.西南交通大学 2018
[6]基于FPGA的AES算法硬件实现优化及其系统设计[D]. 王佳.深圳大学 2017
[7]基于状态空间的CTCS-3级列控车载设备实时可靠性研究[D]. 李诗薇.北京交通大学 2017
[8]RSSP-2协议安全性建模及铁路信号系统网络安全性分析[D]. 和晟姣.北京交通大学 2016
[9]RSSP-Ⅱ安全通信协议在CBTC的应用研究[D]. 南迪.北京交通大学 2015
[10]一种基于DES和RSA算法的混合加密算法[D]. 陈侨川.云南大学 2015
本文编号：3176002
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
2 信号系统网络通信协议
2.1 开放式传输系统简介
2.2 RSSP-Ⅱ安全通信协议简介
2.3 消息认证码算法概述
2.4 AES算法原理
2.5 目前RSSP-Ⅱ协议存在的问题
2.6 本章小结
3 RSSP-Ⅱ中消息认证码算法的改进及优化
3.1 改进的基于AES算法的MASL-AES-MAC算法
3.1.1 AES算法的硬件设计
3.1.2 改进的基于AES算法的MASL-AES-MAC算法设计
3.2 对改进的MASL-AES-MAC算法的优化设计
3.2.1 轮代换模块的优化
3.2.2 密钥扩展模块的优化
3.3 本章小结
4 改进RSSP-Ⅱ协议的形式化建模及安全性分析
4.1 形式化分析方法概述
4.2 模型检测工具Casper/FDR
4.3 基于AES算法的RSSP-Ⅱ协议的安全性分析验证
4.3.1 改进协议中消息认证码算法安全性的理论分析
4.3.2 改进协议的安全性验证分析
4.4 本章小结
5 消息认证码算法的功能仿真和性能分析
5.1 开发环境简介
5.2 测试向量的选取
5.3 功能模块仿真
5.3.1 S盒模块仿真
5.3.2 M盒模块仿真
5.3.3 轮密钥扩展模块仿真
5.3.4 算法整体功能仿真
5.4 实验评价标准
5.5 性能分析
5.6 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录A
附录B
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的有限域NTT算法设计与实现[J]. 谢星,孙玲,黄新明,韩赛飞. 现代电子技术. 2020(09)
[2]RSSP-Ⅱ铁路信号安全通信协议的安全性分析[J]. 郭伟,闫连山,王小敏,陈建译,李赛飞. 铁道学报. 2016(08)
[3]高速铁路信号系统网络安全与统一管控[J]. 李赛飞,闫连山,郭伟,郭进,陈建译,潘炜,方旭明. 西南交通大学学报. 2015(03)
[4]Ⅰ型铁路信号安全协议的消息时效性防护机制[J]. 臧永立,杨霓霏,卢佩玲,王浩. 中国铁道科学. 2015(02)
[5]铁路信号安全通信协议中的MAC改进算法[J]. 张元玲,徐中伟,万勇兵,夏志翔. 计算机工程. 2012(03)
博士论文
[1]安全苛求通信系统的形式化建模及验证[D]. 郑长宗.中国铁道科学研究院 2011
[2]安全协议形式化分析中认证测试方法的研究[D]. 刘家芬.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于认证加密机制的列控信号安全通信协议研究[D]. 代新月.西南交通大学 2019
[2]基于3DES算法的电子锁安全性研究[D]. 张彦峰.华中科技大学 2019
[3]基于AES算法的车载安全CAN网络协议IP设计[D]. 蒋继强.湖南师范大学 2019
[4]面向分组密码算法可重构架构的抗功耗攻击研究[D]. 陈圣华.东南大学 2018
[5]铁路信号安全通信协议RSSP-Ⅱ研究及核心算法的FPGA实现[D]. 张启鹤.西南交通大学 2018
[6]基于FPGA的AES算法硬件实现优化及其系统设计[D]. 王佳.深圳大学 2017
[7]基于状态空间的CTCS-3级列控车载设备实时可靠性研究[D]. 李诗薇.北京交通大学 2017
[8]RSSP-2协议安全性建模及铁路信号系统网络安全性分析[D]. 和晟姣.北京交通大学 2016
[9]RSSP-Ⅱ安全通信协议在CBTC的应用研究[D]. 南迪.北京交通大学 2015
[10]一种基于DES和RSA算法的混合加密算法[D]. 陈侨川.云南大学 2015
本文编号：3176002
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