WiMAX网络密钥管理协议研究

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IEEE802.16即 WiMAX网络作为一种新型的宽带移动接入技术，发展势头非常迅猛。2007年10月19日下午国际电信联盟（International Telecommunications Union，ITU）宣布，批准WIMAX成为继WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个3G标准。但是不少业内专家和分析师都指出，在WIMAX技术大规模使用之前，安全题目仍是制约其发展的首要题目之一。WiMAX安全规范的核心是基于IEEE802.16d和IEEE802.16e协议中规定的安全子层，该安全子层包括两组协议——分组数据加密协议和密钥管理协议，以此提供对设备和用户的身份认证和授权、密钥交换和更新、业务数据加密和完整性保护等安全服务，以确保用户终端与网络服务器之间的通信安全。本文对WiMAX的密钥管理协议进行了分析，指出了其中存在的安全题目，并提出了相应的解决方案，以进一步提高和完善WiMAX密钥管理协议的安全性。主要内容包括：1. 对WiMAX密钥管理协议的两个版本PKMv1(Private Key Management Protocol)、PKMv2作了分析，主要研究了其中的身份认证和密钥管理机制，分别指出了在两个版本中存在的安全题目，并提出了一些修改方案。2. 本文针对PKMv2版本中提出的新的认证方案——EAP(Extensible Authentication Protocol)认证，对该方案的优缺点进行了分析，指出了该方案在规定方面不够明确以及在无线网络认证中缺乏双向认证和机密性保护等安全题目，提出了使用另一种比较安全的解决方案——EAP-TTLS (Tunneled Transport Layer Security) 认证。本文分析了EAP-TTLS方案的身份认证、密钥交换及生成等关键技术，并对EAP-TTLS在WiMAX网络中应用的可行性进行了分析，给出了一个具体的应用实例。3. 针对EAP-TTLS方案计算量大、协议比较复杂等缺点，本文设计了一种新的解决方案——EAP-AOTP (Advanced One Time Password) 认证协议。该协议可以提供用户身份保密、客户与服务器之间双向认证、密钥产生及分发、数据保密通信等功能。本文论述了新方案的设计过程，并使用BAN逻辑，CK模型等安全分析方法对新方案作了分析，证明了其安全性。4. 本文在最后一章，介绍了一款OTP认证系统的设计与实现。首先对该系统的主要模块作了介绍；其次对其中的核心理论和关键算法作了分析；最后给出了该系统在中国XX学会网站的一个应用例证。

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