As ad hoc network has advanced, the importance of security increases more and more. But ad hoc network has some different characteristics and constraints from the existing wired network. First of all, ad hoc network does not have the established infrastructure. Thus all available nodes in ad hoc network have to carry out not only forwarding but also routing. To maintain the entire network properly, all nodes have to act properly. Secondly, nodes in ad hoc network have limited computation capabilities, energy, bandwidth, and memory. Therefore securing group communication of ad hoc network becomes more challenging than that of the existing wired network.
In this thesis, we propose an efficient group key management scheme to secure group communication in ad hoc network. Our scheme is performed periodically, and the period is decided according to the level of security. In our scheme, using topology-aware cluster hierarchy, a global leader is selected among group members and he distributes a group key to members. To distribute the group key securely, it is encrypted by members using their pre-distributed keys. We also present the security and performance analysis of our scheme. To analyze the security, we first define the types of attackers. Especially in case attackers have been group members before, we define several probabilities and show through a set of graphs that our scheme is secure on the basis of probability. To analyze the performance, we assume that the communication cost between one-hop neighbors is one unit and show that our scheme is more efficient than the existing methods.
Our scheme is based on topology-aware cluster hierarchy and probabilistic key sharing. Using topology-aware cluster hierarchy, our scheme is distributed and efficient of communication cost. Adapting probabilistic key sharing scheme to our scheme, it guarantees group key secrecy, forward secrecy, and backward secrecy. Because probabilistic key sharing scheme uses a symmetric cryptographic algorithm, our scheme is efficient of computation cost.
애드혹 네트워크는 무선 통신 기능을 가지는 여러 개의 작은 노드들로 구성된 임시 네트워크로 유선망과는 다른 특징들을 가지고 있다. 본 논문에서는 애드혹 네트워크에서의 안전한 그룹통신을 위한 그룹키 관리 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 안전성 정도에 따라 정해지는 시간구간마다 주기적으로 실행된다. 토폴로지에 기반하는 클러스터 계층적 구조를 이용하여 이번 시간구간의 그룹 리더를 선정하고, 이 그룹 리더가 전체 구성원들에게 미리 분배받은 개인키들을 이용하여 그룹키를 안전하게 전송하게 된다. 본 논문에서 제안하는 기법은 토폴로지에 기반하는 클러스터 계층적 구조를 이용하고 있으므로, 애드혹 환경에 적합한 분산성을 가지는 동시에 통신 비용 측면에서 효율적이다. 그리고 일대일키 관리 기법에서 많이 연구되고 있는 확률론적 키 공유 기법을 적용함으로써 그룹 구성원의 변화에도 그룹키의 안전성이 유지되도록 하였으며, 또한 이 기법은 대칭키를 사용하는 접근 방법이므로 계산량의 측면에서 효율적이다.
