基于区块链技术的可信命名数据网络架构研究与设计

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随着网络信息化的快速发展与互联网规模的急速扩张,现有的TCP/IP网络架构体系在可拓展性、可控性、安全性、移动性以及绿色节能等方面逐渐暴露出固有的局限性,且难以适应以信息密集为主的互联网应用的爆炸性增长。命名数据网络体系(Named Data Networking,下文简称NDN)作为以内容为中心的未来网络架构的典型代表,采取数据命名来代替对物理实体命名的传统通信模式,以解决传统网络架构面对持续扩张的网络规模时显现的设计缺陷,但是关于如何命名信息内容,NDN架构始终面临多方命名规则难共识和全局名称分配易冲突的难题。并且其内生的信任管理模型是基于证书链的逐步验证方式得以实现,存在验签效率低下的问题。信息内容的命名规则在不同信任域之间的协商、更新、撤销与共识,关系着数据对象的访问、获取、路由和转发,是实现以兴趣为驱动的通信模式的关键前提。在保证可信安全的前提下,内容请求方对于认证路径上的密钥数据包的验签方式,也是决定内容来源的认证效率的重要因素。本文针对上述问题进行了理论分析、架构设计、方法研究、实验仿真、原型实现等系统性工作,主要研究内容如下:1、提出了一种针对多方、多站点和多用户的链式NDN命名协商管理方案,解决了全局域中的顶级名称难定界、信任域间的命名规则难共识、信任域内的命名规范难管理等问题。构造出一种兼容广义网络资源的混合命名方法,并且基于智能合约技术构建了应用于全生命周期的命名规范的可信管理模型。2、提出了一种匿名可追溯、适用于不同信任域的命名规范和数据内容共享方案,解决了敏感或机密等特殊应用场景中的身份易泄露和内容难溯源等问题。针对涉及违规违法或权属纠纷的数据对象难以判定和名称撤销等问题,引入盲签名和投票合约机制以保证过程的公平性以及结果的共识性。3、将区块链技术引入NDN架构的数据验签机制,利用多方共同维护的分布式账本,提供不可篡改的信任背书,完善公钥数据包的验签、更新和撤销方案,以此提高NDN架构信任模型中的签名认证效率。利用默克尔树实现NDN数据对象的高效分发与可靠验证模型。以上模型和方案已通过仿真实验进行了性能验证,通过原型实现进行了可行性论证。结果表明上述方法在特定范围内能够构建相对可信的命名数据网络架构。
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