针对典型蜂窝网络LTE-A网络的切换认证问题,本文通过引入SDN(Software Defined Network,软件定义网络),提出了软件定义LTE-A异构网络架构,在中心控制器中共享UE(User Equipment,用户设备)的安全上下文信息,以实现简化切换认证过程,提高认证效率的目标.中心控制器的加入,使蜂窝与核心网通信时需要增加一次信令开销,而LTE-A网络的标准切换认证方法过于复杂,应用在软件定义LTE-A异构网络中,会产生较多的信令开销.基于代理签名的切换认证方法,使UE在验证身份时不用经过核心网,减少了信令开销.在安全性相同的情况下,基于椭圆曲线的加密体系比基于RSA的加密体系计算量更小,有利于减少中心控制器的计算压力.本文采用椭圆曲线代理签名方法,提出了一种新型的切换认证协议,并运用着色Petri网进行建模和仿真分析.仿真结果表明,该协议是有效的,且安全性更高.
机器类型通信(Machine Type Communication,MTC)作为物联网的基础,有着广阔的市场和应用前景。LTE-A网络能够为MTC的发展提供有力的支持,第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project,3GPP)已经在3GPP标准Release10中正式定义了MTC。与普通的移动用户设备相比,MTC设备具有数量多、功耗低的特点,这给LTE-A网络的身份认证问题提出了新的挑战。当大量MTC设备同时接入网络时,如果每个设备都进行独立的身份认证过程,则会导致LTE-A网络出现严重的信令拥塞问题。同时,MTC设备由于计算资源有限,不宜做大量的运算。针对MTC网络中设备认证过程的信令拥塞问题,提出了基于聚合代理签名和消息认证码的组认证与密钥协商协议EGAKA。该协议采用聚合代理签名使得LTE-A网络可以同时验证多个MTC设备,并最小化认证过程中的信令开销。采用消息认证码的方法进行密钥协商,有利于降低MTC设备的计算开销。通过着色Petri网(Colored Petri Nets,CPN)的建模和分析,证明该协议能够正确完成认证和密钥协商。另外,通过在性能方面与文中引用的协议比较,证明该协议在信令开销和计算开销方面具有一定优势。
