CN101483469B - 一种基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法，通过双重加密来保证移动代理的安全，同时还用数字签名方法来防止移动代理的抵赖和恶意代理的破坏行为。加密方法集的引进可以增加加密的灵活性，同时也增加了恶意代理破解移动代理的难度，提高了系统的安全，达到了安全路由的目的。本发明方法从代理平台、通信中的移动代理和卫星代理的抵赖几个角度保证了卫星路由的安全，增加了恶意节点破解的难度，增加了安全的灵活性，扩展性，最大限度的减少了安全隐患。

Description

一种基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法

技术领域

本发明是一种在Agent(代理)环境下，实现卫星通信的一种模型，主要解决卫星通信中路由安全问题，属于计算机网络和信息安全的交叉领域。

背景技术

当今世界，地面移动通信的发展给人们的生活带来了极大的方便，但是相对全球化这样一个趋势，仍然有些地方不能和外界正常的通信，这就要求扩展已有的通信系统来满足人们的要求。Iridium系统是美国摩托罗拉公司(Motorola)于1987年提出的低轨全球个人卫星移动通信系统，它与现有通信网结合，可实现全球数字化个人通信。该系统原设计为77颗小型卫星，分别围绕7个极地圆轨道运行，因卫星数与铱原子的电子数相同而得名。后来改为66颗卫星围绕6个极地圆轨道运行，但仍用原名称。极地圆轨道高度约780km，每个轨道平面分布11颗在轨运行卫星及1颗备用卫星，每颗卫星约重700kg。铱系统市场主要定位于商务旅行者、海事用户、航空用户、紧急援助、边远地区。铱系统设计的漫游方案除了解决卫星网与地面蜂窝网的漫游外，还解决地面蜂窝网间的跨协议漫游，这是铱系统有别于其它卫星移动通信系统的又一特点。铱系统除了提供话音业务外，还提供传真、数据、定位、寻呼等业务。

移动代理技术是随着Internet(因特网)的发展而出现的一种新兴技术，它较好的适应了Internet的特点，有效简化分布式系统的设计、实现和维护。一般来讲，移动代理是指一段独立的计算机程序，它按照一定的规程，能够自主的在异构的网络上移动，代表用户完成特定的任务。移动代理的优势主要有两点：一方面，它实现了计算向所需资源的靠拢，这可以节省网络的带宽并具有异步功能；另一方面，允许程序动态发布到主机。

由于移动代理的诸多优点，它在电子商务、移动计算、Internet信息的智能发现等方面都有较好的应用前景，对移动代理技术的研究正成为学术界和工业界的热点之一。移动代理的关键技术包括移动机制、通讯机制以及安全机制。安全性是制约移动代理技术广泛使用的重要因素之一，因此研究移动代理的安全问题具有重要意义。

基于移动代理的卫星网络安全路由主要通过保证卫星代理节点的安全、移动代理节点的安全和网络管理者的安全三方面来实现。

卫星代理节点的安全：

在卫星通信过程中，卫星代理节点会受到来自外界的恶意节点的访问，因此卫星代理节点必须设定相应的访问权限。恶意节点进入卫星代理节点后，可以通过消耗系统资源等手段终止卫星节点的运行，也可以通过篡改卫星节点数据进而达到破坏卫星通信的目的；其次卫星节点还可以通过伪装成卫星代理节点发送移动代理达到其所需的目的。一个卫星代理节点被破坏就会威胁到整个卫星网络的安全，因此卫星代理节点必须设置相应的访问权限，只有经过授权通过身份认证的卫星节点才可以访问卫星代理节点中的相关数据，恶意节点则因为不能通过身份认证被拒绝访问。

移动代理节点的安全：

主要包括内部攻击和外部攻击，外部攻击是指恶意节点通过窃听、截获、流量分析等手段分析移动代理中的数据，从而获得所需要的信息。内部攻击主要是指恶意节点通过非法手段篡改移动代理中的代码，数据来满足其非法要求。移动代理节点的安全和整个卫星网络的安全是息息相关的，一旦移动代理节点被攻击了，那么整个网络也就变的不安全了。因此为了保证通信的安全，我们必须要加密移动中的移动代理。

网络管理者的安全：

网络管理者是指网络上代理的创建者，它负责整个网络的监控和管理，它的权限高于所有的代理。其主要任务是验证返还的移动代理中是否含有恶意代码(移动代理被篡改)，返还的是否是恶意节点(伪装后的代理)，只有在保证代理的情况一切正常后它才能执行其它的相关操作。

当然在传输过程中上面三者的安全其实是相互联系的，因此对于整个通信的安全来说，必须保证每个环节的安全。只有卫星代理节点安全了，发送的移动代理才能是安全的，那么网络管理者接受到的数据也才是安全的，整个系统才是安全的，否则任一个环节受到破坏都会影响到整个系统的安全。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法，通过引进移动代理，将移动代理的移动性的特点应用到卫星通信中来，并在此基础上提出一种加密机制来保证卫星通信的安全路由。

技术方案：本发明的基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法，在卫星通信中采用不同的加密方法来加密移动代理和加密密钥，通过此方法来保证卫星通信中的数据安全，具体步骤如下：

步骤1)首先源卫星生成一个随机数a，将这个数存进方法获取代理中，并将此代理发送给地球同步卫星代理；

步骤2)在地球同步卫星中用复杂多变的加密方法集取代了单一的加密方法，源卫星的合法性得到验证后，则根据获取代理中的信息从加密方法集中取出相应的方法F_a，地球同步卫星代理将F_a存入方法获取代理中并将此代理返还给源卫星节点；

步骤3)源卫星代理取出方法获取代理中的方法F_a，用F_a加密移动代理中的通信数据D为D_f，密钥为k1，再用公钥加密k1，然后将加密后的D_f发送给目的卫星代理，同时通知地球同步卫星代理给目的卫星代理一个访问权限，与此同时源卫星代理对移动代理进行签名，到达目的卫星代理后进行签名认证；

步骤4)目的卫星代理收到D_f后，首先对移动代理进行数字签名认证，认证合法后则根据私钥解密D_f中数据得到密钥k1，同时还能获得加密密文所用的方法号，以及该方法所在的卫星号，然后目的卫星根据卫星号和方法号发送一个方法获取代理给地球同步卫星；

步骤5)地球同步卫星收到源卫星代理的授权通知后，根据此授权来验证目的卫星代理是否合法，如果合法则允许访问，并根据代理中的信息从方法集中相应的方法F_a存入方法获取代理发送给目的卫星代理，否则转步骤6；

步骤6)地球同步卫星代理检验到目的卫星不是合法的卫星节点后，将目的卫星节点加入禁止访问列表，同时将目的卫星请求的方法F_a加入禁用列表，另外地球同步卫星还要将此卫星节点的信息发送给其他卫星节点；

步骤7)目的卫星代理取出方法获取代理返回的方法F_a，用F_a解密D_f得到原始数据D，通信完成。

对源卫星代理进行签名，到达目的卫星代理后进行签名认证，通过此方法来防止源卫星节点的抵赖行为和其它恶意卫星节点的伪装攻击，具体步骤如下：

步骤1)源卫星代理SSA首先用自身的秘密密钥SKS对移动代理MA(Mobile Agent)签名得到相应的密文D_SKS(MA)，然后再用目的卫星代理DESA的公开密钥PKD进行签名得到密文E_PKD(D_SKS(MA))，将密文送给目的卫星代理；

步骤2)目的卫星代理DSA接收到移动代理后，先用自身的秘密密钥SKD对移动代理解密得到D_SKS(MA)，然后再用源卫星代理SSA的公开密钥PKS核实移动代理，数字签名过程结束。

有益效果：本发明提出了一种保证路由安全的方法，主要解决移动代理在移动过程中的数据安全和伪装攻击的问题，通过本方法移动代理的数据可以得到很好的保护，数字签名方式的提出很好的解决了伪装攻击和代理的抵赖问题，从而提高了系统的安全。下面给出具体的说明：

多变性：以往的加密方法都是用的同一个加密方法，在本方法中采用了多种加密算法(每个地球同步卫星代理中都有很多加密算法)，每次通信时都随机生成一个加密算法，这样就增加了恶意代理破解移动代理的难度，从而提高了系统的安全。

高效性：本方法中每次加密时加密数据和加密密钥用不同的加密算法来加密，数据加密采用的是加密算法集中的一个算法，而密钥加密采用的则是RSA加密算法加密，和单独的RSA加密算法来说在加密和解密效率上得到了提高。

可拓展性：本方法中卫星节点的数目发生变化时，主人代理可以根据要求在使用者的操作下适当的添加卫星代理，地球同步卫星则根据嗅探代理来更新其所管辖范围内的卫星代理的信息；其次当有一个更好的更高效的加密算法出现时，使用者只要将此算法添加到加密方法集中即可，卫星代理在获取方法时会根据方法集中的方法数目动态的调整。

高度安全性：本方法不仅保证了卫星代理平台的安全，还保证了卫星代理在通信过程中的数据安全，解决了恶意代理伪装攻击的问题，从全方位保证了系统的安全。使用者在创建代理平台的时候对代理平台进行加密，从而保证了代理平台不被恶意节点访问；在加密数据时用双重加密算法对代理中的数据和加密密钥进行加密，保证了移动代理在移动过程中的安全；最后通过数字签名方式实现了卫星代理间的透明传输，阻止了恶意代理的伪装攻击。

附图说明

图1系统模型

图2移动代理通信加密方法过程

图3移动代理数字签名过程

具体实施方式

本发明的方法是一种策略性的方法，通过引入代理(Agent)而提出，其目标是在由极地卫星组成的卫星通信模型中引入地球同步卫星，并在此模型基础上引进了一种安全的加密机制来提高系统的安全性。提出了几个新的有关“移动代理”的概念。

主人代理(Master-Agency)：它是由宿主机创建的，用来管理其他的代理，并且具有重要功能的一种代理。它可以协调附属于它的代理间的通信。

仆人代理(Servant-Agency)：它也是由宿主机创建，对于不同的要求可以分为不同的种类，有通信代理，嗅探代理，安全代理等。

嗅探代理(Sniffer-Agency)：由宿主机创建，负责收集网络拓扑信息，并将此信息传递给拓扑管理代理，拓扑管理代理根据此信息来更新当前网络拓扑。

加密方法集(Encryption-Collection)：一系列加密方法的集合，每个加密方法都对应唯一的标号和卫星号。每次进行加密时都会随机的抽取一个加密算法来加密。

一、体系结构

基于移动代理的双层卫星安全路由体系结构主要由两部分组成，一部分是新的扑模型的建立，另一部分就是安全路由的建立。

拓扑模型的搭建：

本模型是在原有的铱星系统的模型上引进了3颗地球同步卫星(3颗地球同步卫星就可以覆盖铱星系统中的所有卫星)，每颗地球同步卫星负责管理其前后纬度差60度之内的卫星的相关信息，同时地球同步卫星中还有不同的加密方法集。

在此卫星网模型中，所有的卫星节点都用Agency来表示，Agency具有卫星节点所具有的一切功能，卫星间的协作通过Agency之间的通信来实现。按照功能可以将Agency分为以下几类：

地球同步卫星代理(Geostationary satellite-Agency)：它是一种特殊的代理，它里面有其它各种仆人代理，有嗅探代理、通信代理，除此之外它上面还存储一个加密方法集。首先它包括了其覆盖范围内的卫星间的拓扑信息，为了保证拓扑的实时性，在它内部还定义了一个定时器，其目的是要检测一下其管束范围内的拓扑是否发生变化，所有的检测过程都有嗅探代理和通信代理来完成。其次地球同步卫星Agecny还包括一个加密方法集，没有方法都有唯一的卫星号和方法号来标识，这些方法对极地卫星的访问权限也是有限的，只有在其覆盖范围内的卫星才能访问这些方法，其它卫星要想访问必须要通过一定的用户认证。它是主人代理的一种。

极地卫星代理(Polar Satellite-Agency)：这是系统中最基本的Agency，属于仆人代理的一种，它的主要功能是执行卫星通信中所需要执行的一系列任务，例如通信，加密，解密等。极地卫星的通信主要包括极地卫星和地面终端代理间的通信、极地卫星间的通信、极地卫星和地球同步卫星间的通信。和地面终端间的通信主要是处理地面终端发送过来的通信请求，然后根据要求计算出合适的路由来实现地面终端间的通信；和极地卫星间的通信就是发送话音，图片信息等；和地球同步卫星间的通信则是获取加密方法的过程。

地面终端代理(Ground terminal-Agency)：它表示在地球上进行通信的实体，比说地面的机站或者直接进行通信的人等，当然在此系统中不管是机站还是人，他们都具有相同的功能，都代表通信的一方。地面终端Agency可以与极地卫星代理通信，但不是所有的极地卫星都能与其通信，它们之间的仰角必须满足一定的关系。

安全路由建立

安全路由的建立主要包括两部分的安全，一是代理管理者的安全(代理平台的安全)，二是极地卫星代理上安全路由的实现。

代理平台的安全

代理平台的安全主要通过Java加密方法来实现，它是由使用者在打开平台的时候就实现的。Java通过密钥来加密代理平台，其他平台如果想访问此代理平台必须要用密钥来解密才能访问，这样就避免了恶意代理的访问，确保了代理平台的安全。

极地卫星上的路由安全

安全路由主要是由极地卫星代理来实现。为了保证安全路由，极地卫星代理要创建获得方法代理、加密代理、通信代理。

获得方法代理是指极地卫星代理为了加密移动代理和移动代理中的数据，向地球同步卫星代理申请的加密方法。同时为了保证加密被破解，每次获得的方法都是随机的，即使被某个恶意代理获取也不会威胁到整个系统的安全，因为每次的加密算法都是不一样的。加密代理则是为了完成极地卫星代理对移动代理进行加密，对于每个加密的对象密钥也是不一样的。在一次通信过程中加密密钥是相同的。移动代理携带通信数据在卫星节点间迁移，从而实现卫星间通信。

二、安全机制

基于移动代理的双层卫星安全路由的实现主要表现在两个方面，一方面是代理平台的安全；另一方面则是路由的安全。

1、代理平台安全机制

代理平台负责所有代理的管理，协调，监督，因此代理平台的安全是安全路由的前提。本系统通过Java加密机制加密代理平台，密钥由使用者决定。当创建好一个代理平台时，一个安全的系统平台就已经搭建好了，以后所创建的代理在移动通信过程中所有的行为都需要用此密钥来打开，这样就可以阻止其他平台上的恶意节点访问本平台，从而达到保护本平台的目的。

2、路由安全机制

为了保证路由的安全，本发明方法通过混合加密的方法来实现，即用非对称加密方法加密密钥，用对称加密算法加密移动代理中数据。对称加密算法由加密算法集提供，目的卫星节点在接受到密文后要用原有的加密密钥来解密才能获得通信内容。非对称加密算法则引用已有的RSA算法。

具体步骤如下：

1)首先源卫星生成一个随机数a，将这个数存进方法获取代理中，并将此代理发送给地球同步卫星代理；

2)地球同步卫星代理验证源卫星的合法性后则根据代理中的数字取出相应的方法F_a，地球同步卫星代理将F_a存入方法获取代理中并将此代理返还给源卫星节点；

3)源卫星代理SSA(Source Satellite-Agency)取出方法获取代理中的方法F_a，用F_a加密移动代理中的数据D为D_f，密钥为k1，再用公钥加密k1，然后将加密后的D_f发送给目的卫星代理，同时通知地球同步卫星代理给目的卫星代理一个访问权限；

4)目的卫星代理DSA(Destination Satellite-Agency)收到D_f后，首先根据私钥解密D_f中数据得到密钥k1，同时还能获得加密密文所用的方法号，以及该方法所在的卫星号；目的卫星根据卫星号和方法号发送一个方法获取代理给地球同步卫星；

5)地球同步卫星收到源卫星代理的授权通知后，根据此授权来验证目的卫星代理是否合法，如果合法则允许访问，并将源卫星所用的加密方法Fa存入方法获取代理发送给目的卫星代理，否则则拒绝访问。

6)目的卫星代理取出方法获取代理返回的方法Fa，用Fa解密Df得到原始数据D。

移动代理在迁移过程中会被恶意代理篡改，甚至其他恶意代理伪装成合法的代理进行非法操作，给系统安全代理严重威胁，因此为了防止其它恶意代理伪装成合法的代理，本发明采用了数字签名方式来防止其他恶意代理伪装成合法代理。具体步骤如下：

1)源卫星代理SSA(Source Satellite-Agency)首先用自身的秘密密钥SKS对移动代理MA(Mobile Agent)签名得到相应的密文D_SKS(MA)，然后再用目的卫星代理DESA(Destination Satellite-Agency)的公开密钥PKD进行签名得到密文E_PKD(D_SKS(MA))，将密文送给目的卫星代理；

2)目的卫星代理DSA接收到移动代理后，先用自身的秘密密钥SKD对移动代理解密得到D_SKS(MA)，然后再用源卫星代理SSA的公开密钥PKS核实移动代理，数字签名过程结束。

本方法可以保证卫星的秘密通信和数字签名。如果移动代理被某个恶意代理截获，那么由于没有相关的密钥，代理对它来说也就失去了利用价值。其次，如果源卫星代理想抵赖其所做过的事，那么通过本次的数字签名，那将变的不可能，因为在目的卫星代理用源卫星代理的公开密钥SSA核实签名后它就已经知道除了源卫星代理外，其它代理根本就不能产生相应的密文D_SKS(MA)。若源卫星代理抵赖则目的卫星代理可将MA和D_SKS(MA)呈现给第三方代理，地球同步卫星代理，地球同步卫星代理通过源卫星代理的公开密钥PKS核实签名，如果核实成功则说明源卫星代理在抵赖。

当恶意代理伪装成源卫星代理在网络中传输时，到达目的节点后因为不能通过源卫星代理的PKS验证而被识破。

为了方便描述，我们假定有如下应用实例：

卫星A和卫星B要进行通信。具体实施过程如下：

(1)使用者通过密钥管理工具创建一个带有密钥的代理平台；

(2)在此平台上创建极地卫星代理和地球同步卫星代理，其中地球同步卫星有自己相对的方法集和拓扑数据库。

(3)极地卫星代理A创建一个代理(方法获取代理)，将此代理发送给地球同步卫星代理；

(4)地球同步卫星代理查询数据库获得加密方法并将此方法返还给极地卫星代理A；

(5)A收到方法后用密钥K加密移动代理，然后用A的私钥对K加密，再用B的公钥加密，将加密后的密文发送给目的卫星代理B；同时发送一个代理给地球同步卫星代理，告诉它目的卫星代理将要访问加密方法集；

(6)B收到密文后，先用自身的私钥解密密码密文，然后用A的公钥核实签名，得到移动代理密文的加密密钥；然后根据A所发送的方法的相关信息发送一个方法获取代理给地球同步卫星代理；

(7)地球同步卫星代理收到A的代理消息后，给B一个访问方法集的权限，当B的方法获取代理到来时验证其合法性，访问结束则关闭B对方法集合的访问权限；

(8)B收到返回的方法后，用密钥K解密移动代理，通信完成。

Claims (2)

1.一种基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法，其特征在于在卫星通信中采用不同的加密方法来加密移动代理和加密密钥，通过此方法来保证卫星通信中的数据安全，具体步骤如下：

步骤1)首先源卫星生成一个随机数a，将这个数存进方法获取代理中，并将此代理发送给地球同步卫星代理；

步骤2)在地球同步卫星中用复杂多变的加密方法集取代了单一的加密方法，源卫星的合法性得到验证后，则根据方法获取代理中的信息从加密方法集中取出相应的方法F_a，地球同步卫星代理将F_a存入方法获取代理中并将此代理返还给源卫星节点；

步骤3)源卫星代理取出方法获取代理中的方法F_a，用F_a加密移动代理中的通信数据D为D_f，密钥为k1，再用公钥加密k1，然后将加密后的D_f发送给目的卫星代理，同时通知地球同步卫星代理给目的卫星代理一个访问权限，与此同时源卫星代理对移动代理进行签名，到达目的卫星代理后进行签名认证；

步骤4)目的卫星代理收到D_f后，首先对移动代理进行数字签名认证，认证合法后则根据私钥解密D_f中数据得到密钥k1，同时还能获得加密密文所用的方法号，以及该方法所在的卫星号，然后目的卫星根据卫星号和方法号发送一个方法获取代理给地球同步卫星；

步骤5)地球同步卫星收到源卫星代理的授权通知后，根据此授权来验证目的卫星代理是否合法，如果合法则允许访问，并根据方法获取代理中的信息从方法集中相应的方法F_a存入方法获取代理发送给目的卫星代理转步骤7，否则转步骤6；

步骤6)地球同步卫星代理检验到目的卫星不是合法的卫星节点后，将目的卫星节点加入禁止访问列表，同时将目的卫星请求的方法F_a加入禁用列表，另外地球同步卫星还要将此卫星节点的信息发送给其他卫星节点，通信完成，

步骤7)目的卫星代理取出方法获取代理返回的方法F_a，用F_a解密D_f得到原始数据D，通信完成。

2.根据权利要求1所述的一种基于移动代理的卫星网络安全路由实现方法，其特征在于对源卫星代理进行签名，到达目的卫星代理后进行签名认证，通过此方法来防止源卫星节点的抵赖行为和其它恶意卫星节点的伪装攻击，具体步骤如下：

步骤1)源卫星代理SSA首先用自身的秘密密钥SKS对移动代理MA签名得到相应的密文D_SKS(MA)，然后再用目的卫星代理DESA的公开密钥PKD进行签名得到密文E_PKD(D_SKS(MA))，将密文送给目的卫星代理；

步骤2)目的卫星代理DSA接收到移动代理后，先用自身的秘密密钥SKD对移动代理解密得到D_SKS(MA)，然后再用源卫星代理SSA的公开密钥PKS核实移动代理，数字签名过程结束。

Images