基于分层结构的组密钥管理技术研究
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来 保护 组 密钥 Ｔ Ｋ 的分 发 。 Ｅ
域 间组 密钥 管理 协议 具有 分层 结构 ，因此两个 层 次 及 各 个 子 区域 可 以独 立 选 择 密 钥 组 织 管 理 方 式。 在这 种组 密钥 管 理方 案 中 。 所有 区域 都使 用相 同 的组 密 钥 ， Ｄ Ｄ 产 生 组 密 钥 ． 过 Ａ 由 Ｋ 通 ＫＤ 广 播 给
钥 的控制 流与 数据 流相 分离 ，将 区域 问成员 的移动
看作从 旧区域 的离开 伴 随到新 区域 的加 入过 程 。一
个 成员 离 开 时通 知 本 区域 ＡＫ ＡＫ 立 即 中止 目 ＤＤ更 新 区域 密钥 ， 通常 使用
３１ 域 间 组 密 钥 管 理 协 议 分 析 ．
多个 管理 区域 ， 并具 有两 层结 构 ： 个 干 区域 和一 个 一 或多个 子 区域 。域密 钥分 配者 （ Ｋ 和若 干 区域 密 Ｄ Ｄ） 钥 分 配 者 （ Ｋ 构 成 干 区 域 ， ＫＤ 与 其 区域 内 端 Ａ Ｄ） Ａ 点（ ＭＨ） 成子 区域 。ＤＫ 负责产 生所 有参 与群 组 构 Ｄ 通 信成 员 所 需 的 组 密 钥 （ ｒｕ ｙ ， 数 据 加 密 Ｇ ｏ ｐ Ｋｅ ） 即 密钥 （ Ｅ ， Ｔ Ｋ） 同时负责 分 发组 密钥 到 Ａ ＫＤ。由 Ａ ＫＤ 负责 本 区域 内到 每个 ＭＨ 的组 密钥分 发 。为 了保证
分层 分组 式组 密钥 管理 方案 一般 采用 分层 密钥
结构 ． 融合 了集 中式和 分布 式 的优 点 ， 是一 种可 扩展
性较 好 的组密 钥 管理方 式 。典 型的分 层分 组式 组密
钥 管 理 方 案有 Ｉｌｓ 议 、域 间组 密 钥 管 理 协 议 ＿ ｏｕ 协 ３ 等 ， 文 着重 对域 间组 密钥 管理协 议 进行研 究 。 本
２１ ０ ２年 第 ４期
到 了各节 点上 ， 免 了集 中信任 和单点 失效 问题 ， 避 而
且 不 需要 在群 组成 员 间设置 点对 点安 全信 道 ，有很
好 的容错 性 ， 适用 于分 散 的 、 没有 管理 者 的对等 群组
… … … … 一
ｊ 哲 坌基， 里堡 钥
－
・
ＫＥＫ１
结 构 。 该方 案 由于缺 少集 中控 制 ， 但 容易 给存储 整个
组 数据 以及 保证 各节 点正 确存 储组 信息 、更 新组 密 钥 等管 理工 作带 来 困难 。分布 式组 密钥 管理 协议 有 Ｃ ｉｕ ｓ 议 、 布 式 的 Ｌ Ｈ 方案 等 。 ｌ ｅ协 ｑ 分 Ｋ
密钥更 新算 法 的缺点 是成 员在 区域 间移 动时 数据 传
输被不 必要 的中断两 次 ， 传输 量 降低 ， 使 额外 的密 钥 运算 增加 了计算 的复杂性 。 ２ 即时密钥 更 新算法 ）
组 密钥 安 全 分发 到 当前 状 态 所 有合 法 的群 组 成 员 ，
在 Ａ ＫＤ 与每 个 ＭＨ 之 间采用 密 钥 加密 密钥 （ Ｅ Ｋ Ｋ）
域 间组 密钥 管 理协议 结构 如 图 １ 示 。 所
成员 的私 钥通 过安 全单 播到所 有 剩下 的成 员 ，或者 利用 更 为先进 的协 议 （ Ｌ Ｈ） 实现 。 新过 程安 如 Ｋ 来 更
全 实现后 。 除离开 的成员 外 ， 所有 区域 的成 员将 接 收
域 间组 密钥 管 理协议 将群 组通 信 的区域 划分 成
图 １ 域 间 组 密钥 管理 协 议 结 构
所有 成员 ． 因此 消息从 一个 区域 到 另一个 区域时 ， 不
需要 ＡＫ 的加 解 密操 作 。但是 因为存 在 控制 节 点 Ｄ
ＤＫＤ、 ＫＤ． 以 ＤＫ 或 Ａ Ｄ 的 失 败 会 导致 整 个 Ａ 所 Ｄ Ｋ
群组 或某 组成 员 的通信 被破 坏 。
到一个 新 的数 据加 密密 钥 ．随 即数据 传输 过程 重新 恢复 ， 这时前 向加 密得 到 了保证 。 成员加 入 区域 的 新
过 程是类 似 的 ，新 成员 所加 入 的区域 先进 行 区域 密
钥 更新 。 随后 新 的数据 加密 密钥被 分 发到所 有 成员 ， 使 数据 传输恢 复 ， 这使 得后 向加 密得 到 了保 证 。 带 基
３２ 密 钥 更新算 法 ． 为 了解决 组 密钥 管 理 中的前 向 ／ 向加 密 等 问 后
题 。组 密钥管 理 的关键 主要 集 中在成 员加 入或 离开 本 区域 时 的密钥更 新 问题上 ，而 且 密钥更 新 的频率 和效率 对安全 群 组通信 的实现会 产 生直接 影 响 。域 间密钥 管理 协议 的密钥 更新 算 法有 以下几 种 ＿。 ４ ］ １ 基带 密钥 更新算 法 ） 基带 密钥 更 新算 法 （ ａｅ ｎ ｅ ｅｉｇ 是 将 密 Ｂ ｓｌ ｅ Ｒ ｋ ｙｎ ） ｉ
２ ． 分 层分 组式 组 密钥 管理 ３
在分层分组 式组密钥 管理方案 中 ， 大型群组被 划
分 为 较小 的子 组 （ｕ ｇｏ ｐ ， Ｓ ｂ ｒｕ ） 每个 子 组 都 由本 组 的 控制 者来 产生 密钥 ， 将密钥 分 发给其 他 子组成 员 。 并 分层 分组 式组 密钥 管理 方 案将安 全管 理任 务分 散到 子组 控 制 ． 以允 许多 个实 体 出现故 障 ， 会影 响整 可 不 体群 组性 能 ， 具有 健壮 性 ， 较适 用于 动态群 组 。子组 的成员 数量 一般 较小 ，只有成 员发 生变 动 的子组进 行 密钥 更新 ， 因此密钥 更 新 的开销 较小 。 但是 为 了分 发 组密 钥 ．密钥 服务 器必 须 与所有 的组成 员 设置 长 期 的点对点 安 全信道 ．因此每 次设 定新 的密 钥服 务 器时 。 建立 安全 信道 的代 价都 十分 巨大 。 另一 个缺 点 是 该 方案仍 然 存在 控制 节点 ， 会产 生单 点失 效 问题 。
