基于共识机制的MANET信任管理模型

作     者：张戈 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟宪福

授予年度：2020年

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 

主      题：移动自组织网络(MANET) 信任模型 共识机制 局部和全局 基于超级节点的MANET结构 

摘      要：移动自组网(MANET)具有不受固定网络设施的限制及组网快速、灵活、适应性强等优点,在军用通信、重大灾害事故应急抢险救援、野外科考作业以及社会日常生活等领域获得广泛应用。随着恶意节点和恶意行为的不断增加,网络安全已成为越来越受关注的话题,尤其是对于高动态性和短无线传输距离的移动自组织网络更是如此。人们通常将信任模型引入到MANET网络安全的研究中来,但因对节点的高移动性特性一般采用周期性发送Hello消息或构建多层网络结构的方式来应对,导致通信复杂度增加,浪费宝贵的无线带宽资源。本文将区块链技术核心的共识机制引入MANET信任模型的研究中,提出了一种基于轻量级共识机制的MANET信任管理模型,称作LocTrust模型。共识机制在保证分布式系统的一致性和可用性方面发挥着不可替代的作用。此外,共识机制还可应用于促进分布式系统中各方之间建立互信的场景,这为MANET信任管理模型的研究带来了新的思路。基于共识机制的LocTrust模型为MANET节点交互时选择可信资源提供者提供了一套完整的解决方案,并在保证安全性的前提下,大大提高了网络的可用性。将共识机制应用于移动自组网最主要的挑战在于如何降低共识算法本身的计算复杂度和通信复杂度,以减轻移动自组网节点的负担。因此,LocTrust模型为降低通信复杂度,针对同一子网内节点之间的交易和不同子网节点之间的交易两种情况分别提出了局部信任共识算法和全局信任共识算法两种共识算法,以避免频繁在全网范围内执行共识机制,造成不必要的带宽浪费和算力浪费。同时,本文构建了基于超级节点的双层网络架构,并以此作为LocTrust模型的网络结构,通过委任超级节点管理子网成员,代子网内成员参与全局信任共识,在保障安全性能的同时进一步降低了共识算法带来的通信复杂性。最后,我们通过研究分析,对于资源有限的MANET来说,在共识算法中将信任定义为五个等级,可以较大减少算法的计算复杂度,进一步提高LocTrust模型的可用性。仿真结果表明,LocTrust信任模型适用于资源匮乏的移动自组网,在保证了资源搜索成功率的同时,降低了网络的通信复杂度,减少节点间达成信任共识的开销。