Abstract-För att åstadkomma säker gruppkommunikation, är det viktigt att dela en unik kryptografisk nyckel bland gruppmedlemmar. De underliggande utmaningarna för att gruppera nyckelavtal är skalbarhet, effektivitet och säkerhet. I en dynamisk gruppmiljö är det vanligare att ha en ny inriktning, och därför är det viktigare att utforma ett effektivt protokoll om nyckelavtal för gruppen. I och med uppkomsten av olika gruppbaserade tjänster blir det dessutom vanligt att flera multicast-grupper samexisterar i samma nätverk. Dessa multicast grupper kan ha flera delade användare; en gå eller lämna begäran av en enda användare kan utlösa regenerering av flera grupptangenter. Under givna omständigheter blir nyckelhanteringsprocessen en utmanande uppgift. I detta arbete föreslår vi en ny metod för koncernnyckelavtal som utnyttjar gruppmedlemmarnas statliga vektorer. Statusvektorn är en uppsättning slumpmässigt genererade nonce instanser som bestämmer den logiska länken mellan gruppmedlemmar och som ger gruppmedlemmen möjlighet att generera flera kryptografiska nycklar självständigt. Med hjälp av lokal kunskap om en hemlig nonce, varje medlem kan generera och dela ett stort antal säkra nycklar, vilket tyder på att SGS i sig ger en avsevärd mängd säker undergrupp multicast kommunikation med subgrupp multicasting nycklar som härrör från lokala tillstånd vektorer. Det resulterande protokollet är säkert och effektivt både när det gäller kommunikation och beräkning. Index Terms-Group nyckelavtal, resursdelning, multicast säkerhet, dynamiskt system, skalbarhet, sekretess, rekeying N den senaste tidens med tillkomsten av snabb nätverksteknik, har det skett en djup ökning av hastigheten på Internet och graden av konnektivitet. Dessutom har många möjligheter till gruppkommunikation skapats i och med framväxten av nya Internettillämpningar som videokonferenser, gemensamma arbetsområden online, gruppchatt, fleranvändarspel och sociala nätverkstillämpningar online. Gruppdeltagarna delar gemensamma intressen och ansvar för säker gruppkommunikation. I gruppkommunikationen är överenskommelse om en säker gruppnyckel en av de viktigaste och mest utmanande uppgifterna. Särskilt för att upprätthålla en säker gruppnyckel i en dynamisk miljö Detta arbete stöddes av ICT-FoU-programmet för MSIP/IITP. [R-20160302-003082 blir svårare eftersom återetableringen av gruppnyckeln bör vara snabb och lätt när det gäller komplexiteten. Säker nyckelhantering blir en ännu mer utmanande uppgift i resursbegränsade nätverk som trådlösa sensornätverk (WSN) [1] och nätverk för kroppsyta (WBAN) [2], eftersom de flesta konventionella kryptografiska mekanismer och säkerhetsprotokoll inte lämpar sig för resursbegränsade WSN eller WBAN. Till exempel behöver mycket effektiva allmänna nyckelalgoritmer, såsom ECC [3], en bråkdel av en sekund för att utföra krypterings-/dekrypteringsförfaranden, medan en symmetrisk nyckelalgoritm som RC5 [3] endast behöver en bråkdel av en millisekund för att utföra krypterings- och dekrypteringsförfaranden [4] [5]. För beräkningseffektivitet, säker gruppkommunikation är det viktigt, med gruppnyckeln efter en symmetrisk nyckelalgoritm. För säker gruppkommunikation är de två grundläggande målen autentisering och sekretess. Exakt garanterar autentiseringen att den kommunicerande enheten är en auktoriserad enhet som lever och deltar i ett protokoll som drivs enligt en definierad roll. Vidare följer protokollet kör den korrekta fördefinierade sekvensen av ett protokoll kör, och sekretess garanterar att de överförda meddelandena är igenkännliga och / eller dekrypteras endast av de avsedda enheterna. I detta dokument presenterar vi en unik säker grupp nyckel avtal protokoll svit kallas SGRS (Secure Group nyckel-avtal med Random Nonce Sharing). SGRS är ett decentraliserat och distribuerat protokoll; det är decentraliserat eftersom för skalbara fall av SGRS, grupperna är kaskad i större grupper (avsnitt IV-E), och det distribueras eftersom alla noder i varje grupp bidrar till att beräkna nyckelmaterialet. SGRS protokollsvit består av fyra underliggande protokoll: Join, Leave, Merge och Partition protokoll. Den gemensamma ramen för dessa protokoll är baserad på en unik och ny gruppstruktur, där varje gruppmedlem genererar en hemlig nonce som bör vara känd för alla utom en. Den uppsättning lokalt kända substantiella instanser representerar en gruppmedlems statsvektor. I en grupp av medlemmar har alla medlemmar en statlig vektor av storlek - 1. Med tanke på att medlemmarna är ordnade i en logisk cirkulär länkad lista där en pekare till nästa medlem indikerar att substantivet för nästa nod är okänt för den nuvarande noden. Till exempel, −1 → innebär att den hemliga non genererad av medlem −1 är okänd för medlem; dvs., −1  till var är statens vektor av medlem, representerar uppsättningen av all hemlig nonce känd för h-medlemmen, och −1 är substantiv genererad av medlem −1. Denna nya metod att skapa logiska relationer bland grupp A Secure Key Agreement Protocol for Dynamic Group Muhammad Bilal and Shin-Gak Kang I Denna artikel är accepterad för publikationen i "Cluster Computing-The Journal of Networks, Software Tools and Applications" ISSN: 1386-7857 (Print) 1573-7543 (Online) 2 medlemmar är den viktigaste faktorn i vårt protokoll. Med hjälp av lokal kunskap om hemligheten, kan varje medlem generera och dela ett stort antal säkra nycklar, vilket tyder på att SGS i sig ger en avsevärd mängd säker undergrupp kommunikation med subgrupp multicasting nycklar som härrör från lokala tillstånd vektorer. Vi antar att ett oberoende autentiseringsprotokoll autentiserar gruppmedlemmen. Följaktligen fokuserar vi på konfidentialitetsaspekten av säker gruppkommunikation. Om en medlem eller grupp av medlemmar vill gå med i en säker kommunikationsgrupp, bör de initialt autentiseras genom ett separat autentiseringsprotokoll. Resten av detta dokument är organiserat enligt följande. I avsnitt II ger vi en kort systemöversikt och diskuterar gruppens och nyckelsystemets egenskaper. I avsnitt III beskrivs det föreslagna systemet i detalj. I avsnitt IV presenteras resultaten av en resultatanalys av SGRS mot flera välkända system. Slutligen lämnar vi avslutande kommentarer i avsnitt V. Gruppmeddelandet om undersökningsperioden presenterades för första gången 1986 av Deering [6]. IP-multicast har dock ingen mekanism för att förhindra gruppkommunikation från icke-gruppmedlemmar. I och med framväxten av ny nätteknik ställdes sedan gruppkommunikationen inför flera nya säkerhets- och effektivitetsfrågor. Gruppkommunikation kan vara säker om alla gruppmedlemmar delar en gemensam hemlig nyckel, med nyckeln genererad och distribuerad genom ett säkert förfarande. Gruppkommunikation anses vara effektiv om den har låg beräknings- och kommunikationskomplexitet. Olika protokoll har föreslagits för att på ett säkert och effektivt sätt upprätta en hemlig kryptografisk nyckel bland gruppmedlemmar. De protokoll som hittills har utvecklats kan kategoriseras i tre breda kategorier enligt följande: 1) Centraliserade distributions- och ledningssystem, 2) decentraliserade distributions- och ledningssystem och 3) distribuerade distributions- och ledningssystem av nyckeltal [2] [3] [4] [5]. I det centraliserade tillvägagångssättet [11, 12] är den övergripande nyckelhanteringskomplexiteten låg från en gruppdeltagares ståndpunkt, men den centraliserade nyckelhanteringsenheten är förknippad med tung beräknings- och kommunikationskomplexitet. Det centraliserade tillvägagångssättet är sårbart för DoS/DDoS attacker och ärver potentialen av en enda punkt misslyckande. Dessutom är det en utmanande uppgift att ta itu med frågan om skalbarhet i det centraliserade tillvägagångssättet. I det decentraliserade tillvägagångssättet [13, 14] fördelas beräknings- och kommunikationskomplexnivåerna mellan undergruppernas chefer. Misslyckandet med en enda punkt är begränsat till undergruppsregionen på bekostnad av en större komplexitet i omläggningen av gruppen efter en medlems-, lämna-, sammanslagnings- eller partitionshändelse. I den distribuerade metoden [15], Engångsfel förekommer inte, men att säkerställa säker omstanning är en utmanande uppgift. SGRS är ett decentraliserat och distribuerat protokoll, decentraliserat eftersom för skalbara SGRS, grupperna är kaskad i större grupper (avsnitt IV-E), och distribueras eftersom alla noder i varje grupp bidrar till att beräkna nyckelmaterialet. I tidigare arbete [11] föreslog författaren ett system för att minska kommunikations komplexiteten i omläggningsprocessen i en dynamisk grupp. I det föreslagna systemet överför huvudnoden ett slumpmässigt magiskt nummer till alla gruppmedlemmar tillsammans med ett tidsstämpelvärde. Medlemsnoderna utför en vänsterförskjutning av det magiska numret och beräknar den nya nyckeln genom en XOR-operation på den gamla nyckeln och det vänsterförändrade magiska numret. Det föreslagna systemet kräver en kraftfull grupp huvud nod som måste skicka antal krypterade meddelanden för en grupp av storlek, vilket leder till skalbarhet problem. Seo m.fl. [12] föreslog en gruppnyckelhanteringsprotokoll för den klusterbaserade topologin som fastställer gruppnyckeln med hjälp av certifikatlös asymmetrisk kryptografi. Detta system är dock beräknings dyrt på grund av dess användning av asymmetrisk kryptografi. På arbete av Mehdizadeh et al. [14], gruppen är uppdelad i små undergrupper. Rekeying processen är endast begränsad till platsen för händelsen (Join och lämna) i en undergrupp. I det föreslagna systemet är nätverket uppdelat i två nivåer: nivån för multicast och nivån för unicast. Re-keying processen är begränsad till multicast nivå. Det ger dock upphov till en fråga om dataöverföring inom gruppen. Uppgifterna måste översättas på varje kantknutpunkt i undergruppen. I en annan studie [16], författarna presenterade en grupp nyckel avtal protokoll suite baserat på att blanda binära nyckel träd med Diffie-Hellman nyckelutbyte. Användningen av en hierarkisk logisk nyckel minskar avsevärt antalet nycklar som innehas av varje gruppmedlem. Nyckeln för varje medlem är uppbyggd från sina barnmedlemmar; alla deltagande medlemmar beräknar mellanliggande blandningsnycklar självständigt och slutligen beräkna gruppnyckeln. Andra arbeten [15] innehåller ett asymmetriskt protokoll för nyckelavtal, i vilket den allmänna utformningen av protokollet grundar sig på den välkända kinesiska restsatsen i samband med NTRU-kryptosystemet. Det övergripande protokollet ger en effektiv lösning. I en annan studie [17] föreslogs ett asymmetriskt protokoll för nyckelavtal baserat på en proxyåterkrypteringsteknik. Nycklarna är ordnade i ett trädformat, där medlemmarna representerar nyckelparen och kanterna representerar proxyns omkrypteringsnycklar. Varje deltagande medlem har proxyåterkrypteringsnycklar från roten till leafmedlemmen. I två av de ovan nämnda studierna [16, 17], för att konstruera ett logiskt träd av nycklar, föräldramedlemmarna beräknas från barnmedlemmar; följaktligen, medlemmar måste synkroniseras, annars någon fördröjning kan orsaka ett avbrott i ett protokoll kör. Dessutom, under installationstiden, beror båda protokollen på en ledare; med andra ord, ett enpunktsfel kan fortfarande uppstå i systemet. I annat arbete [18], författaren presenterade ett annat protokoll baserat på den kinesiska resten teorem. Detta protokoll bygger ett träd där varje medlem har två värden: en nyckel och en modul. De flesta befintliga gruppnyckelhanteringsprotokoll är utformade för att upprätta en enda säker grupp. Men med uppkomsten av olika gruppbaserade tjänster, det blir vanligt för flera multicast-grupper att samexistera i samma Denna artikel accepteras för publikationen i "Cluster Computing-The Journal of Networks, Software Tools and Applications" ISSN: 1386-7857 (Print) 1573-7543 (Online) 3 nätverk. Dessa grupper kan ha flera vanliga användare. I vissa fall [13, 19] diskuterade författarna frågan om samexistens av flera multicasting grupper i ett enda nätverk. Denna funktion liknar SGRS säker multicasting undergrupp kommunikation, som också används i vårt schema. Ett av dessa system [19] är emellertid beräknings dyrt eftersom alla nycklar genereras med hjälp av asymmetrisk kryptografi, vilket gör den övergripande processen för nyckelgenerationsberäkning dyrt. I ett annat system [13] är komplexiteten i beräknings- och kommunikationskostnaderna i hög grad beroende av antalet multicastinggrupper och antalet användare som deltar i varje grupp. Å andra sidan är inrättandet av gruppnyckeln i SGRS oberoende av antalet multicasting grupper eller antalet användare som deltar i varje grupp, eftersom SGRS i sig ger gruppmedlemmarna möjlighet att skapa säkra flera multicasting grupper. I SGRS delar de deltagande gruppmedlemmarna hemligheten och skapar en logisk cirkulär länkad lista. Med hjälp av lokal kunskap om den gemensamma valutan kan varje medlem generera och dela ett stort antal säkra nycklar. Vi antar att den begärande medlemmen/gruppen innan de går med i gruppen autentiseras av en oberoende autentiseringsenhet med hjälp av ett oberoende autentiseringsprotokoll, som till stor del diskuteras i litteraturen [20] [21] [23], och vidare antar att sponsormedlemmens sekretess är känd för autentiseringsenheten. I det följande avsnittet förklarar vi gruppens och nyckelsystemets egenskaper i detalj.  Notationer Varje gruppmedlem genererar en hemlig nonce, genom att använda slumptalsgenerator, som bör vara kända för alla utom en. Den lokala kunskapen om hemligheten representerar en gruppmedlems statsvektor. I en grupp av medlemmar har alla medlemmar en statlig vektor av storlek 1 och varje medlem har en = − −1 hemlig nonce. Inledningsvis genererar varje medlem självständigt exakt en nonce och statsvektorn uppdateras (ny nonce läggs till eller utesluts) för varje anslutning, lämna, slå samman och partition händelser genom att följa respektive protokoll som beskrivs i följande avsnitt VI. Till exempel, i Figur 1, 2 vet alla nonce instanser förväntar sig 1 och 3 vet alla utom 2, och så vidare. Det är viktigt att notera att dessa medlemmar är ordnade i en logisk cirkulär länkad lista, där en pekare till nästa medlem anger sekretessen för den nuvarande medlemmens nonce till nästa medlem. Detta nya tillvägagångssätt att skapa logiska länkar mellan gruppmedlemmar är nyckelfaktorn i vårt protokoll. Med hjälp av lokal kunskap om en gemensam sak kan varje medlem generera och dela ett stort antal säkra nycklar. I SGRS-systemet genererar varje medlem självständigt flera kryptografiska nycklar baserat på den lokalt kända hemliga uppsättningen. En multicasting nyckel genereras med hjälp av funktionen ( ) = h ( ( ), ). För att säkerställa sekretessen för set, Set används som ett indexvärde för att hämta den giltiga hemligheten nonce från staten uppsättning av medlemmar. Endast dessa medlemmar kan generera nyckeln, Håller motsvarande hemlighet nonce av de värvade medlems-ID:er i uppsättning ; d.v.s., är en giltig nyckel för alla medlemmar om och är en privat nyckel av medlemmar om =. Detta leder till att gruppstorleken på  till = har följande antal möjliga multicasting nycklar. Varje medlem kan dock delta i och/eller starta antal säkra undergruppers kommunikation, där. Till exempel, förutsatt att = 7, vi har totalt 119 möjliga nycklar i systemet, vilket innebär att vårt system ärver förmågan att skapa = 119 antal säkra undergrupper, där varje medlem kan delta i 63 undergrupper. Gruppnyckeln genereras av hashfunktionen = h(, ), där är hemligheten med sponsormedlemmen eller är den omedelbara tidigare medlemmen i den logiska länkade listan om +1 lämnar gruppen och väljs baserat på nyckeln I anslutning händelse är en befintlig gruppnyckel, i ledighet och partition händelse är en slumpmässig nonce genereras och delas av sponsormedlemmen, och i sammanfogning händelse är det gruppnyckeln för att begära grupp. För beräkningseffektivitet, säker gruppkommunikation är det viktigt, med gruppnyckeln efter en symmetrisk nyckelalgoritm. Till exempel behöver mycket effektiva allmänna nyckelalgoritmer, såsom ECC [3], en bråkdel av en sekund för att utföra krypterings-/dekrypteringsförfaranden, medan en symmetrisk nyckelalgoritm som RC5 [3] endast behöver en bråkdel av en millisekund för att utföra krypterings- och dekrypteringsförfaranden [4] [5]. I SGRS är alla kryptografiska tangenter som genereras, som i ovanstående diskussion, symmetriska tangenter och har en storlek på 256 bitar (32 bytes). I nästa avsnitt av protokollen kan därför en symmetrisk kryptering som stöder 256-bitarsnyckeln användas, t.ex. RC5 Applikationsscenariot för SGRS är inte begränsat till gruppen av kommunicerande noder. Som visas i figur 2, en grupp av noder/användare { 1, 2,... } arrangeras i en logiskt ansluten grupp, som förklaras ovan. Alla gruppnoder kan komma åt de gemensamma resurserna med hjälp av gruppnyckeln och en delmängd av gruppen kan säkert komma åt resurser privata till undergruppen av noder. Resurser kan vara en prenumeration på exempelvis en tjänst, delade data och/eller en säker multicastgrupp. Observera att Som exempel visas i figur 2,  på = 1,2.., kan vara en tjänst, delat minne, delade data eller en multicast kommunikationskanal privat till medlemmar 1, 3, och 5. Den privata nyckeln kan beräknas av undergruppen medlemmar självständigt utan utbyte av ett enda meddelande, enligt följande: Observera att funktionen tar listan över nod-IDs som en indata argument och översätter den till vektor genom att välja motsvarande hemliga nonce från den lokala staten vektorn. I det följande avsnittet visar vi att för att behålla egenskaperna hos en grupp, vi delar nod-ID ( ) och låt medlemmen noden översätta vektorn till. Detta säkerställer att endast berättigade noder med den begärda informationen ( ) kan generera den hemliga nyckeln. I detta skede som visas i figur 3, Vi anser att nätverket är uppdelad i kluster / celler. Varje kluster ger en komplett uppsättning resurser. Om en användare som prenumererar på flera undergruppers resurser flyttar sig från ett kluster till ett annat, kommer den att åberopa en enda ledighet och gå med i protokollet. När en användare blir en del av en logisk grupp, kan den generera alla undergruppsnycklar för att komma åt de tecknade resurserna. Som visas i figur 3, 3 i kluster 1 prenumereras på 1, 2, och, vilka gemensamma resurser Denna artikel accepteras för publikationen i "Cluster Computing-The Journal of Networks, Software Tools and Applications" ISSN: 1386-7857 (Print) 1573-7543 (Online) 5 anger att 3 är en del av en större grupp samt tre undergrupper. När det lämnar kluster 1 och går kluster 2 som 4, kluster 1 kör lämna protokoll medan kluster 2 kör gå protokoll. Rekeying av tre undergrupper i båda kluster kräver ett enda meddelande utbyte, och alla undergrupp nycklar kan genereras av medlemmarna självständigt med hjälp av funktionen. I.8 Förnyelse av bilaga I till förordning (EU) nr 1094/2010 och bilaga II till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010 och bilaga III till den här förordningen. FÖRESLAGNA SYSTEM SGRS protokoll svit består av fyra underliggande protokoll: gå, lämna, slå samman och partitionsprotokoll. Alla dessa protokoll har en gemensam ram med följande framträdande inslag:  och varje gruppmedlem bidrar till att upprätthålla sin statusvektor för att bevara egenskaperna hos en grupp enligt definitionen i avsnitt II-A. När medlemmar läggs till eller tas bort uppdaterar alla medlemmar det tidigare nyckelmaterialet baserat på uppdateringar som delas av sponsorn noden. Varje medlem kan delta och/eller starta fall av säker undergrupp kommunikation, där. Vid varje medlemsevenemang, alla medlemmar självständigt uppdatera staten vektor och beräkna alla möjliga nycklar på begäran. SGRS protokoll är mycket distribuerade; alla deltagande medlemmar deltar lika i en protokoll kör utom sponsormedlem, som utför några ytterligare operationer. Anslutningsprotokollet initieras när en potentiell medlem skickar ett giltigt medlemsmeddelande till en sponsormedlem. Autentiseringsservern genererar en "sammanfogande tagg" för nya medlemmar, som visas nedan. ( ) och ( )) = { } En giltig kopplingstag består av två delar. Den första delen ( ) är avsedd endast för nya medlemmar, medan den andra halvan ( ( ( ))  till = { } används av nya medlemmar för att initiera anslutningsprotokollet. På grund av krypteringen med okända nycklar, innehållet i taggen är dolda från den begärande medlemmen. Den första halvan krypteras med den uppdaterade gruppnyckeln = h(, ), där är hemligheten med den nuvarande sponsormedlemmen i gruppen, som är den nya medlemmen, som har för avsikt att gå med. Denna del av taggen består av vektorstaten för medlem, som staten krypteras med den uppdaterade gruppnyckeln, och den begärande noden har inte kunskap om innehållet förrän och om den initierar och deltar i anslutningsprotokollet. Under den gemensamma protokollet kör, sponsormedlem verifierar gå begäran med hjälp av den andra halvan av taggen. Observera att den andra halvan av den sammanfogande taggen krypteras av multicasting nyckel, som härrör från den hemliga nonce av gruppen sponsor nod. Denna nyckel är också okänd för den medlem som går med. En gång verifieras, sponsorn noden sedan delar den uppdaterade gruppnyckeln så att den anslutna medlemmen hämtar staten vektorn och blir en del av logisk cirkulär länkad lista över gruppen. Efter att ha tagit emot en giltig anslutning tagg, multicasts den gå begäran ( )  till = { } ), och protokollet fortsätter enligt följande: I första steget multicasts den gå brev krypterad med multicasting nyckel härledd från's hemliga nonce, vilket innebär att alla gruppmedlemmar exklusive +1 får. Alla medlemmar bekräftar avsändarens äkthet genom att verifiera autentiseringsserverns och avsändarens signaturer. 2) Alla gruppmedlemmar, exklusive och +1, generera en ny gruppnyckel och uppdatera deras tillstånd vektorer genom att lägga till hemligheten med den nya medlemmen. 3) Sponsorn noden delar den nya gruppnyckeln med den anslutna medlemmen. Vid denna punkt, den nya medlem kan dekryptera den första halvan av medlemskap biljetten för att förvärva sin stat vektor. 4) Parallellt med meddelande 3 delar medlemmen −1 substantivet för sponsorn noden med medlemmen +1. Denna delning bryter den logiska länken mellan sponsormedlemmen och +1 och etablerade en ny logisk koppling mellan och +1. 5) Slutligen, efter att ha fått, medlemmen +1 genererar också en grupp nyckel. Vi anser att en grupp av tre medlemmar, som visas i Figur 4, där 3 är sponsormedlem och 4 skickar en giltig anslutning begäran ( ( 4 ))  på = { 3 }, som drar slutsatsen att endast 2 och 3 kan dekryptera meddelandet med = ( { 3 }. För det givna exemplet går anslutningsprotokollet vidare enligt följande: 1) 2 och 3 verifiera begäran och lägga till 4 till tillståndsvektorn. 2) 2 och 3 generera en ny grupp nyckel = h (, 3 ) och uppdatera deras tillstånd vektorer genom att lägga till hemligheten med den nya medlemmen 4. 3) Sponsorn nod 3 delar den nya gruppnyckeln med att ansluta nod 4. 4) Parallellt med meddelande 3 delar medlemmen 2 substantivet av sponsorn noden med medlem 1. Denna delning bryter den logiska länken mellan 3 och 1 och etablerar en ny logisk länk mellan 4 och 1. 5) Slutligen, efter att ha fått 3, medlem 1 genererar också gruppnyckel = h (, 3 ).  Ledighetsprotokollet initieras när en giltig medlem blir ogiltig, till exempel när gruppprenumerationstiden går ut eller om en giltig medlem avregistrerar sig från gruppmedlemskapet. I båda fallen är sponsormedlemmen i gruppen ansvarig för att påbörja ledighetsprotokollet. Här är sponsorn för gruppen, och är den avgående medlemmen. Vid en ledighetshändelse initierar sponsorn ledighetsprotokollet, som fortsätter enligt följande: 1. 3. Vad är det som händer? → +1 : ( )  till ( ) = { −1 } 1) När sponsorn lämnar gruppen uppdaterar sponsormedlemmen sin hemlighet = h(, ) och genererar en ny gruppnyckel = h(, ). Sponsormedlemmen uppdaterar också sin tillstånd vektor genom att uppdatera den hemliga nonce −1 = h( −1, ) medlem −1 men behåller det gamla värdet också tills det andra steget är klart. Sponsringsmedlemmen hoppar över detta steg om sponsorn är bredvid den som lämnar medlemmen i den logiska länkade listan, dvs. om = + 1. Efter att ha genererat den nya gruppnyckeln och uppdatera staten vektorn, sponsormedlem multicasts partition meddelandet i samband med. Multicasting-nyckeln härleds från set = { −1 }, vilket tyder på att endast återstående medlemmar ′ kommer att få detta meddelande. Observera att även om sponsorn noden uppdaterad −1, kommer den fortfarande att använda det gamla värdet av −1 för multisändningsmeddelandet, tills det andra steget är klart. Den avgående noden kan inte dekryptera det här meddelandet som −1  till, därav avgående noden kan inte generera den nya gruppnyckeln; den säkerställer den framtida sekretessen. 2) Efter att ha tagit emot argumenten för att skapa en ny gruppnyckel genererar alla medlemmar exklusive +1 en ny gruppnyckel och uppdaterar statusvektorerna genom att uppdatera nonce −1 genom att hashing sitt gamla värde med. Detta steg säkerställer att avgående medlem inte kan generera gruppnyckeln, vilket är okänt för den avgående medlemmen. Dessutom säkerställer det att medlem +1 inte bör generera −1, som är okänt till +1. Därför, efter det andra steget, −1  till +1, vilket innebär att en ny logisk länk mellan −1 och +1 skapas. 3) Slutligen delar sponsormedlemmen gruppnyckeln med +1. Låt oss överväga en grupp av fyra medlemmar, som visas i Figur 5, där 2 är sponsormedlem, och 4 är den avgående medlem. För det givna exemplet lämnar protokollet fortsätter enligt följande: 1) När 4 lämnar gruppen, sponsor nod 2 delar den uppdaterade gruppnyckeln med hjälp av nyckeln härledd från gamla 3. Den gamla 3 är okänd till 4, Därav gruppnyckeln levereras endast till 1 och 3. Medlem 1 uppdaterar sin tillstånd vektor genom att ta bort gamla 3. För att slå samman antalet små grupper till en stor grupp, går sammanfogningsprotokollet samtidigt i log 2  på rundor. För varje körning av protokollet, får vi en sammanslagen grupp av två undergrupper. Till exempel, som visas i figur 6, sex små grupper { 1, 2, 3, 4, 5, 6 } slås samman till en stor grupp 16 i blogg 2 6 till = 3 rundor. Sammanfogningsprotokollet initieras när en sponsormedlem skickar ett giltigt medlemsmeddelande till en sponsormedlem i en annan grupp. Här, är den nuvarande sponsorn för gruppen och är sponsor för gruppen. Efter att ha tagit emot en giltig inträdesbiljett ( (  på engelska ( ))) på −1  till = { − +1 }), medlemmarna i gruppen vet hemligheten med den omedelbara tidigare medlem i den logiska länkade listan över. När anmälan skickas fortsätter protokollet enligt följande: Sponsorn för gruppen skickar det gemensamma meddelandet, krypterat med nyckel, härlett från { − +1 }, och drar slutsatsen att endast sponsormedlemmar i gruppen får Join-meddelandet. Sponsormedlem bekräftar avsändarens äkthet genom att kontrollera underskrifterna. 2) Sponsorn för grupp multicasts det uppdaterade meddelandet, vilket innebär att alla gruppmedlemmar exklusive +1 uppdaterar värdet av = h(, ). +1 kan inte uppdateras eftersom  till +1. Det uppdaterade värdet av säkerställer bakåt sekretess. 3) delar sin statliga vektor med alla medlemmar i gruppen, utom svansmedlem 1. För att säkerställa detta, multicasts meddelandet med, Som härrör från hemligheten med huvudmedlem dvs,. 4) delar en uppsättning {, ( − )} av hemliga värden med 1 och omedelbart, medlem 1 bryter den logiska länken med och upprättar en ny logisk länk med medlem. Observera att meddelanden 2 och 3 skickas av sponsorn medlem i grupp, men de är krypterade med nycklar som härrör från grupp. Motivet bakom detta val är att förhindra att andra medlemmar i gruppen lämnar ut uppgifter. 5) I detta skede, sponsorn medlem delar vektorn och med alla medlemmar i gruppen, exklusive +1. Meddelandet krypteras med och krypteras ytterligare med härlett från ; detta innebär att meddelandet förhindras från att nås av +1 och alla medlemmar i gruppen. 6) −1 delar en uppsättning {, ( − )} av hemliga värden med +1, och direkt medlem +1 bryter den logiska länken med och etablerar en ny logisk länk med medlem, med grupp läggs mellan och +1. Alla medlemmar i grupper och delade den gemensamma gruppnyckeln och uppdaterade statusvektorerna med nya hemliga värden samtidigt som de logiska länkarna upprätthölls. Låt oss överväga två grupper och varje med tre medlemsnoder, som visas i Figur 7, Där 3 sponsor medlem i grupper skickar en giltig sammanslagning begäran till 2, Sponsorn medlem i gruppen. För det givna exemplet går sammanfogningsprotokollet vidare enligt följande:. 1) 2 verifierar begäran, och uppdaterar sin hemliga nonce 2 ′ = h( 2, ) och tillstånd vektor 2. 2) 2 informerar alla gruppmedlemmar, exklusive 3 till uppdaterade tillstånd vektorer genom att uppdatera 2 ′ = h( 2, ). 3) 2 delar sin stat vektor med medlemmarna i gruppen, utom svans medlem 1, För att garantera detta, 2 multicast meddelandet med vilket härrör från hemligheten med huvudmedlem 3 i-e, 3. 4) 2 delar en uppsättning { 3, ( 2 − 2 )} av hemliga värden med 1 ; Detta säkerställer att medlemmen 1 bröt den logiska länken med 3 och etablerat en ny logisk länk med medlem 2. 5) Nu sponsormedlem 2 delar vektorn och med alla medlemmar i gruppen exklusive 3. Meddelandet krypteras med och ytterligare krypteras med härledd från 2 ; detta leder till att meddelandet hindras från att nås av 3. 6) 1 delar en uppsättning { 2, ( − 3 )} av hemliga värden med 3, Vilket innebär att medlemmen 3 bröt den logiska länken med 2 och etablerat en ny logisk länk med medlem 3, med andra ord, grupp läggs mellan 2 och 3. Anta att det finns en grupp av medlemmar där medlemmar lämnar gruppen samtidigt och lämnas med ′ medlemmar. Ibland, ett fel i nätverket kopplar bort ett stort antal noder samtidigt. Vid förekomsten av en partition händelse, den nuvarande sponsorn i gruppen kommer att initiera partitionen protokollet, som fortskrider enligt följande: Vid förekomsten av en partition händelse, sponsormedlem uppdaterar sin hemlighet = h (, ) och genererar en ny gruppnyckel = h (, ). Sponsormedlem multicast partition meddelandet i samband med. Multicasting-nyckeln är härledd från uppsättningen = { till,  på  till ′ }, som drar slutsatsen att endast återstående medlemmar ′ kommer att ta emot detta meddelande. Detta leder också till att alla medlemmar tar bort alla medlemmar från den lokala hemliga listan. 2) Efter att ha mottagit argumenten för att skapa en ny gruppnyckel, alla medlemmar exklusive −1 generera den nya gruppnyckeln och uppdatera tillståndet vektorer genom att köra funktion. Funktionen uppdaterar tillstånd vektorn för alla återstående medlemmar genom att kasta alla hemligheter som inte kan genereras och de som tillhör. Till exempel, om { +1,... }, sedan funktion uppdateringar = h (, ), där är hemligheten med huvudmedlem bland sammanhängande avgående medlemmar i den logiska länkade listan. I värsta fall, när du lämnar medlemmar är inte contiguous, funktionen kommer att utföra  på −  på antal hash operationer för att uppdatera varje medlemsstats statliga vektor. I bästa fall, när alla som lämnar medlemmar är sammanhängande, måste funktionen utföra endast en hash operation för att uppdatera varje medlem tillstånd vektor. 3) Sponsormedlem skickar gruppnyckeln till −1 explicit, eftersom nod −1 inte vet värdet av. Vi anser att en grupp av sex medlemmar { 1, 2, 3, 4, 5 } = 6, Som visas i Figur 8, Där 3 är sponsormedlem och { 1, 2, 5 } lämna gruppen samtidigt. För det givna exemplet partition protokollet fortsätter enligt följande: 1) Sponsorn medlem 3 genererar en ny grupp nyckel = h( 3, ) och multicast partition meddelandet, inklusive den nya gruppnyckeln och en lista över medlemmar = { 1, 2, 5 }, till 4 och 6 med hjälp av krypteringsnyckel härledd från = { 1, 4, 6 }. 2) Efter att ha tagit emot partitionsmeddelandet uppdaterar alla återstående medlemmar statusvektorn, där 3 ′ = h( 3, 5 ) 4 ′ = h( 4, 5 ) och 6 ′ = h( 2, 6 ) och genererar gruppnyckeln = h( 3, ). För varje gå och lämna meddelande, vi är skyldiga att utföra en hash verksamhet proportionell mot gruppens storlek. SGRS kan stöta på ett skalbarhetsproblem när gruppens storlek når miljontals användare. Till exempel, i en grupp på en miljon medlemmar, måste varje medlem upprätthålla en statlig vektor av 999999 nonce fall. När det gäller minnesförbrukning, kommer detta att kräva cirka 40 MB, vilket inte är en fråga för moderna slutanvändare enheter, men för varje ledighet och gå med händelse, protokollet kräver prestanda för nästan en miljon hash verksamhet. Med en så stor gruppstorlek ökar också sannolikheten för att en ledighet eller en anslutning ska inträffa. Problemet med skalbarhet kan lösas genom att dela upp den stora gruppen i mindre kaskadgrupper ordnade i flera lager, som visas i figur 9. Låt oss överväga antalet medlemmar uppdelade i antal grupper med varje grupp ( ) har sin grupp nyckel (  på = 1,2,3.. ) delas och genereras, som diskuteras i förhållande till SGRS protokoll svit. Alla dessa grupper kan generera en supergrupp ( ) genom att överväga varje grupp ( ) som en logisk medlem av supergruppen och med beaktande av motsvarande gruppnyckel som deras hemliga nonce. Med denna typ av arrangemang delar alla grupper och gruppmedlemmar en gemensam gruppnyckel som genereras på supergruppsnivå. Supergruppen ( ) kan ytterligare kaskad för att generera en ultra-supergrupp ( ), och så vidare. Den kaskadede gruppen begränsar det antal nonce-uppdateringar som krävs för den nya gruppnyckeln till den lägsta gruppnivån. Till exempel överväga två nivåer som är kaskad, där grupper går med för att skapa en supergrupp ( ). Om en ledighet eller gå händelse inträffar i grupp  och SGRS kommer att köras lokalt och kommer att producera den nya gruppnyckeln, som kommer att fungera ytterligare som en uppdaterad nonce av gruppmedlem på supergruppnivå. På supergruppen nivå, alla gruppmedlemmar sedan generera den nya gruppnyckeln, enligt följande: → −1 : ( )  och = { +1 } 1) En SGS-händelse inträffar, vilket leder till produktion av ny lokal gruppnyckel. 2) På supergruppsnivå genererar alla gruppmedlemmar, exklusive −1, en ny supergruppnyckel och delar den med lokala medlemmar. 3) Alla andra gruppmedlemmar kan skicka den uppdaterade gruppnyckeln till +1. För en kaskad grupplösning för det skalbara SGRS-systemet gör vi ett viktigt antagande. På koncernnivå anses sponsormedlemmen vara en permanent och betrodd medlem som inte delar nycklar på högre nivå, med undantag för den slutliga supergruppnyckeln, med lokala medlemmar. V. PRESTANDA ANALYS Det finns fyra stora farhågor om säkerheten när det gäller gruppkommunikation: gruppnyckelsekretess, bakåtsekretess, terminsekretess och nyckeloberoende [3, 6]. SGRS tar upp alla dessa säkerhetsproblem. 1-Gruppens nyckelsekretess: I SGRS är det beräkningsbart omöjligt att generera en gruppnyckel om inte inkräktaren känner till gruppmedlemmarnas hemliga tillståndsvektor. Bilda. 9................................................................ Ett kaskad grupp exempel, antal grupper genererar en super-grupp och antal super-grupper genererar en stor ultra-super-grupp. Gruppnyckeln som genereras på ultrasupergruppsnivå delas mellan alla supergrupper, grupper och gruppmedlemmar. Denna artikel är accepterad för publikationen i "Cluster Computing-The Journal of Networks, Software Tools and Applications" ISSN: 1386-7857 (Print) 1573-7543 (Online) 9 2-Backward sekretess: För att säkerställa bakåt sekretess, när en medlem eller grupp av medlemmar ansluter sig till gruppen, hindras de från att regenerera de tidigare gruppnycklarna. Eftersom gruppnycklarna genereras med hjälp av delade hemligheter, vid den tidpunkt då en medlem eller grupp av medlemmar ansluter sig till gruppen, har sponsormedlemmens hemliga nummer uppdaterats med hjälp av en enkelriktad hashfunktion. På så sätt förstörs det material som krävs för att återskapa den föregående gruppnyckeln när en gemensam händelse inträffar. I Join och lämna protokollet, säkerställer detta steg denna egenskap. 3-Forward sekretess: När en medlem eller grupp av medlemmar lämnar gruppen, de hindras från att känna / generera framtida gruppnycklar. I både algoritm 2 och algoritm 4, steg 2 säkerställer denna egenskap. Eftersom gruppen Sammanfogning (3 log 2 + 9) + (2 (1 + ) + 1 + ) (1 + 2 ) ( − ) (2 − ) + (2 − 1) Gå med (4 log 2 ) + (5 + 2 log 2 ) (2 2 ) + 2 (2 log 2 + 2) + (log 2 + 1) Ledighet (2 log 2 ) + 2h (2 + 2 log 2 ) (2 2 ) 2 + (log 2 + 1) Mehdizadeh et al. ISSN: 1386-7857 (Print) 1573 10 nycklar genereras med hjälp av delade hemligheter, vid den tidpunkt då en medlem eller grupp av medlemmar lämnar gruppen, uppdaterar vi de hemliga tillstånd vektorer för alla gruppmedlemmar med hjälp av en enkelriktad hash funktion. Observera att vid en ledighet händelse, är det inte nödvändigt att uppdatera hela tillstånd vektorn, och multicasting nycklar genereras genom att inkludera en ny grupp nyckel som ett argument som säkerställer att multicasting nycklar inte kan användas av att lämna medlemmar. 4-Key Independence: I SGRS är gruppnyckelgenereringen oberoende av tidigare genererade gruppnycklar. All kunskap om tidigare kända gruppnycklar kan inte hjälpa att upptäcka någon annan gruppnyckel. I detta avsnitt analyseras SGRS effektivitet när det gäller beräknings- och meddelandekomplexitet mot tidigare arbeten [13] [14] [15] [16] [17]. Vi anser att kryptering bör skydda alla typer av nyckelmaterial som utbyts mellan gruppmedlemmar. Vidare antar vi att kryptering och dekryptering har identiska beräkningskostnader, representeras av ; till exempel utbyte av en krypterad Unicast meddelande ökar beräkningskostnaden med 2, medan en krypterad sändningsmeddelande ökar beräkningskostnaden med (1 + ). På samma sätt lägger det krypterade flersändningsmeddelandet till (1 + ) till den totala beräkningskostnaden. Här betecknar storleken på multicasting gruppen. Dessutom antar vi att det beräknade priset för ett asymmetriskt nyckelpar och en asymmetrisk proxyåterkrypteringsnyckel är identiska. För att presentera beräkningsanalysen av resultaten av tidigare arbete [13, 14] gör vi några extra antaganden. I Mehdizadeh m.fl. [14], gruppen är uppdelad i två nätverksnivåer: multicast-nivån och unicast-nivån. Vi antar att nätverket av storlek är indelat i undergrupper, var och en av storlek  och = /. Därför, i Mehdizadeh et al. [14], vi har 2 +1 − 1 noder på multicast nivå och antal noder på unicast nivå. I avsnittet Prestandaanalys förbisåg författaren den rekeyingkostnad som framkallades på multicast-nivå. På multisändningsnivån är tangenterna ordnade i en logisk nyckelhierarki (LKH) och nyckelträdet är ett binärt balanserat träd. Vid varje uppdateringshändelse måste multicast-servern skicka minst ett flersändningsmeddelande till alla lämna 2 +1 – 1 noder. I Zhong m.fl. [13] Författarna diskuterade frågan om samexistens mellan flera multicastinggrupper i ett enda nätverk. I detta arbete [13] är komplexiteten i beräknings- och kommunikationskostnaderna i hög grad beroende av antalet multicastinggrupper och antalet användare som deltar i varje grupp. Om det finns antal multicasting-tjänster, i stora fall, har vi 2 − 1 nyckel krypteringsnycklar (KEKs) medan i mindre fall, om alla användare prenumererar på en multicast-tjänst, kommer det helt enkelt att finnas en enda KEK. För vår analys, anser vi det lägre fallet scenariot. [14, 15], multiplikationsoperationer är de viktigaste bidragsgivarna, och båda kräver ( 2 ) multiplikationsoperationer. Zhong m.fl. [13] är mycket effektivt, men detta system kräver omkryptering och översättning av varje meddelande av undergruppen ledare, medan i SGRS, betydande bidrag till beräkningskostnaden härrör från funktionen enkelriktad hash, vilket kräver ( ) hash operationer för anslutning och lämna protokoll, medan det är begränsat till antalet grupper och storleken på gruppen i sammanfognings- och partitionsprotokollen. I SGRS är den beräkningsmässiga arbetsbördan väl fördelad mellan koncernmedlemmarna. Till exempel, i anslutningsprotokollet, varje medlem utför en hash operation, medan i ledighet protokollet, varje medlem utför två hash operationer. SGRS är ihållande, och under den protokoll kör, tillgången på rätt grupp nyckel är oberoende av misslyckandet för en eller en uppsättning medlemmar. Kommunikationskostnaderna för det totala datautbytet ger dock en annan slutsats. För enkelhetens skull att bestämma kommunikationen, under sammanslagnings- och partitionsprotokoll, anser vi att sammanslagnings- eller partitioneringsgrupperna är av identiska storlekar. Dessutom anser vi att det bästa fallet villkor för Kim et al. [16]; till exempel utgår vi från att ett bländat nyckelträd alltid är ett perfekt binärt träd med högst 21 N-noder. I ett sammanfogning protokoll efter träddelning, anser vi att protokollet kräver en BC att dela gruppnyckeln, medan i partition protokollet, vi anser i varje runda sponsor nod måste sända en blind nyckel. För att beräkna den totala mängden utbytta data, antar vi att heltal, nonce, och medlems-ID är 4 byte i storlek. Kryptografiska nycklar, hash och signaturer storlek anses vara 32 byte. Kommunikationskostnaderna visas i figur 10-13. Figur 10 visar jämförelseresultaten för den totala mängden data som utbyts för anslutningsprotokollet under förutsättning att en grupp på 100 medlemmar tar emot 5–25 ansökningar om anslutning. Det står helt klart att SGRS överträffar alla andra system. Figur 11 visar jämförelseresultaten av den totala mängden data som utbyts för en ledighet protokoll med hänsyn till en grupp på 100 medlemmar som tar emot 5 till 25 ansökningar om ledighet. Det är helt klart att SGRS och systemet av X. Lv et al. [15] överträffa de återstående systemen. SGRS är något dyrt jämfört med X. Lv et al. [15], men prestandagapet är för litet. Figur 12 och 13 visar jämförelseresultaten med hänsyn till den totala mängden data som utbyts för sammanfognings- respektive partitionsprotokollen. I sammanfogningsprotokollet anser vi att 15 identiskt stora grupper slås samman för att skapa en enda stor grupp, medan vi antar att en enda stor grupp är uppdelad i 15 små identiskt stora grupper; den lilla gruppstorleken varierar från 7 till 34. Det är helt klart att SGRS överträffar både Kim et al. [16] och X. Lv et al. [15].................................................................. I detta dokument har vi föreslagit ett nytt system med nyckelavtal för den dynamiska gruppen, SGRS. Vårt schema är distribuerat men kräver inte synkronisering bland gruppmedlemmar för att dela och uppdatera tangenterna. När det gäller kaskaderade medlemsevenemang bör gruppmedlemmarna dock genomföra alla nödvändiga uppdateringsåtgärder, särskilt uppdatering av den lokala gruppnyckeln, innan de går över till nästa medlemshändelse. Dessutom, vår lösning ger en betydande mängd säker undergrupp multicast kommunikation med subgrupp multicasting nycklar som härrör från tillstånd vektorer. Dessutom fastställer SGRS en symmetrisk gruppnyckel, som säkerställer att gruppkommunikationen är beräknande effektiv.  REFERENSER
Ett säkert nyckelavtalsprotokoll för dynamisk grupp föreslås i REF.
A Secure Key Agreement Protocol for Dynamic Group
{'venue': 'Cluster Comput (2017) 20: 2779', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}