基于PUF轻量级认证协议的分析与研究

发布时间：2017-05-23 08:12

  本文关键词：基于PUF轻量级认证协议的分析与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着物联网应用的逐步深入和泛在网络不断发展,安全问题受到人们越来越多的关注。与有线网络相比,依赖于无线通信的泛在网络容易受到更多的安全威胁。而泛在网络的RFID标签、无线传感器节点和智能卡这三个重要组成部分,均采用无线通信的方式,面临着监听、欺骗、篡改以及跟踪等威胁,容易引发用户隐私泄露和通信安全的问题。这些问题已成为RFID技术发展的最大瓶颈。我们所提到的纷繁复杂的网络安全服务,基本上都是基于安全协议的,由此具备高安全性的安全协议是保证网络正常运转的必要前提。但是,RFID标签、无线传感器节点由于受运算能力、电池容量和存储空间的限制,使得设计实现安全机制困难重重。与此同时,基于传统加密手段的认证协议需要比较大的计算量,不适用于资源有限的物理设备,因此,轻量级的认证技术逐渐成为研究的热点。本文完成的主要工作如下：1.在分析PUF模型、RFID系统和HB协议族的基础上,针对Hammouri等人结合HB、PUF提出的一系列认证协议,基于Gilbert提出的GRS攻击模型设计了改进的中间人攻击方法,证明了PUF-HB协议没有防御中间人攻击的能力。2.针对PUF-HB协议的漏洞,通过加入非线性函数的方法设计了PUF-NLHB协议,并给出具体的硬件实现结构。在随机oracle模型下通过向噪声环境下的学习校验问题的规约,证明了新协议的安全性,分析表明新协议提供了低功耗、防篡改、可证明的安全性认证。3.在分析HB#协议和OOV-MIM攻击的基础上,针对HB#协议的缺陷,基于物理不可克隆函数设计了P-HB#协议,并给出具体的硬件实现结构。新协议通过引入轻量级的n-n PUF,提供了低资源占用量的情况下较高的安全性。P-HB#协议在DET模型下通过向LPN问题的规约,证明了协议的安全性,在GRS-MIM和OOV-MIM模型下分析验证了新协议具备抵御相应中间人攻击的能力,提供了低功耗、防篡改、可证明的安全认证。
【关键词】：PUF HB协议族 中间人攻击 安全性证明
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.44;TN915.08
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-14
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 研究的现状12-13
• 1.3 本文的组织结构13-14
• 2 物理不可克隆函数14-26
• 2.1 PUF的基本原理14
• 2.2 PUF的优势14
• 2.3 PUF的实现14-20
• 2.3.1 非电子PUF15-16
• 2.3.2 模拟电路PUF16
• 2.3.3 数字电路PUF16-20
• 2.4 PUF特性20-21
• 2.5 PUF基本应用21-25
• 2.5.1 身份认证21-23
• 2.5.2 密钥生成器23-24
• 2.5.3 可计算函数24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 3 RFID的模型及安全26-40
• 3.1 RFID的基本介绍26-27
• 3.1.1 RFID系统的通信信道26-27
• 3.1.2 通信模型27
• 3.2 RFID分析27-29
• 3.2.1 RFID标签安全分析27-28
• 3.2.2 RFID受到的攻击28-29
• 3.2.3 RFID限制性因素29
• 3.3 RFID系统的安全策略29-38
• 3.3.1 物理安全方法30
• 3.3.2 密码安全方法30-38
• 3.4 协议安全性评价方法38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 HB加密算法40-49
• 4.1 LPN问题40-41
• 4.2 HB协议41-43
• 4.2.1 HB协议步骤41
• 4.2.2 HB协议的安全性分析41-43
• 4.3 HB+43-44
• 4.4 HB44-45
• 4.5 PUF-HB45-46
• 4.6 针对PUF-HB类协议的中间人攻击方法设计46-48
• 4.7 本章小结48-49
• 5 PUF-NLHB协议与实现49-55
• 5.1 PUF-NLHB协议49-50
• 5.2 协议实现50-51
• 5.3 PUF-NLHB协议安全性分析与证明51-53
• 5.3.1 应对主动攻击的安全性证明51-53
• 5.3.2 应对中间人攻击的安全性分析53
• 5.4 本章小结53-55
• 6 P-HB#协议与实现55-61
• 6.1 P-HB# 协议55
• 6.2 电路实现结构55-56
• 6.3 安全性分析与证明56-59
• 6.3.1 DET模型下的安全性证明56-57
• 6.3.2 GRS-MIM模型下的安全性证明57-58
• 6.3.3 应对OOV-MIM攻击的安全性分析58-59
• 6.4 协议的安全性比较及性能分析59-60
• 6.5 本章小结60-61
• 7 总结与展望61-62
• 7.1 总结61
• 7.2 研究展望61-62
• 参考文献62-67
• 个人简历、硕士期间发表的学术论文与研究成果67-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘宴兵;胡文平;杜江;;基于物联网的网络信息安全体系[J];中兴通讯技术;2011年01期

  本文关键词：基于PUF轻量级认证协议的分析与研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：387328