军事通信中的密钥管理方案

（ ｅ ｆ ｎ ｏ ｏ Ｓ ｒ ｏ ｆ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ Ａｒｉ ｅｙＡｃ ｄ ｍｙｏ ． ． Ｎａ ｊ ｇ ２ １ ３ ） ｉ Ｃ ｎ ａ ｉ ， ｔ ｌ ａ ｅ ｆ Ｌ Ａ， ｎｉ １ １ ２ ｃ ｏ ｌｒ Ｐ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｗｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｎ ｗ ｅ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｓ ｈ ｍ ｅ ｆ ｒ ｍｉ ｔ ｒ ｉ ｒ ｒ ｈ ｃ ｌ ｇ ｏ ｐ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ， ｓ ｒ ｃ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｅ ｋ ｙ ｍａ ａ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｌ ａ ｙ ｈ ｅ ａ ｃ ｉａ ｒ ｕ ｏ ｉ ｎｃ ｔ ｏ
～
１ 的密 钥 。一 类 密 钥更 新 Ｒ 层 其 实就 是 二 类
密 钥更新 Ｒ 。
５ 方 案 描 述
在问题 描述 部分 的最后 提到 的简 易方 案 中 ， 如 果一个 成员 Ｐ 要解密 第 ｍ 层 （ ＜ ） 员 间 的通 成 信 内容 ， 就必 须 拥有 第 层 的会 话 密钥 Ｋ ， 就 也 是说， ， 必须存 储 Ｎ 一 ＋１个会 话密 钥 。但 这会
图 １中， ＋ １ 的成 员数 一般是 第 ｉ 第 层 层成员 数量
４ 员 降级 ： 确保 向下安 全 ， ）成 为 当一 个 成员 从
第 层 降级 到第 层 时 ， 第 ＋１ 层到第 层 的密
钥 Ｋ ” （
升 类似 。
） 必 须更 新 。更 新 方 案 与成 员 晋 都
以上 四类成 员 变 动 关 系 所 引起 的 密钥 更 新 方 式 可 以归 为两类 ： １ 一 类 密钥更 新 Ｒ ： 含成 员 加 入 和离 开两 ） 包 种更新 方式 。这 时第 层 （ 要更 新 。第 ｉ （ 层
摘
要
文 章 针 对 军 事 通 信 对 数 据 传 输 的实 时性 、 钥 更 新 的效 率 、 宽 利 用 率 以 及存 储 空 间 的开 销 上 的需 求 ， 于 层 密 带 基
状 结 构 群 组 及 军 事 通 信 应 用 的 特点 和 安 全 性 要 求 ， 出 了一 个 新 的密 钥 管 理 方 案 。 提
２ ）成员 离开 ： 为确保 前 向安 全 ， 当第 层 有成
员离 开时 ， 需要 更新 佗层及 层 之下 的各 层会 话 也 密钥 ， 新方 式与 成员加 入 的情 况类 似 。 更 ３ ）成员 晋 升 ： 为确 保 向上 安 全 ， 当一 个 成员 从
３ ）高层成 员 利 用 某 些 公 开 的 信 息 ， 以递 归 的 方式计算 下 面各 层 的 Ｔ Ｋ。 Ｅ
１６ Ｏ
武
俊等 ： 军事通信 中的密钥管理方案
第 ３ 卷 ８
再拥 有第 层 至第 层之 间 的信 息 的访 问权 限 。 由于在层状 群组 中， 同层 次 的成员 所掌 握 的 不
须更新 ， 否则 新加 入 的成 员就 可 以用现 有密 钥解 密 他加人之前的通信 内容 。成员加入密钥更新方案 描 述如 下 ： 为 第 层 产 生一个新 的会话 密钥 ； 为 层之 下 的各层产 生新 的会话 密钥 ；
求：
通信 任务 的艰 巨性 ［ 。 ＿ １ ］
２ 层 状 群 组 密 钥 管 理 方 案
对于 军事 通信 来说 ， 然 整个 作 战 部 队可 以看 虽
向上安 全 ： 员 从 低 层 晋 升 到 高 层 （ 成 ＜
）该 成 员将 获 得 第 ｍ 层 至第 层 之 间 的 信 息 的 ，
第 ， ＋１ … ， １Ｎ 层 的密钥 。 ， Ｎ一 ，
个 密钥 加 密 密 钥 ＫＥ 用 于 Ｔ Ｋ 的 分 发 。ＫＥ Ｋ， Ｅ Ｋ 的管 理 既可 以采 用 与 ＴＥ Ｋ相 同的方 案 ， 可根 据 也 不 同的密钥 生 成 算 法采 取 不 同 的方 案 。第 ｉ 的 层 成员共 享一个 ＴＥ Ｋ会话 密钥 Ｋ 用 于通 信 内容 的 ， 加解密 。 从 图 １的层 状结 构和上 面模 型 的定义 ， 们可 我 以直 观地 得到 一个简 易方 案 ： 如果 一 个成 员 ， 想 要解 密第 层 （ ＜ ） 员 间 的通信 内容 ， 成 就必 须 拥有第 层 的会 话 密钥 Ｋ 也 就 是说 ， 必 须 存 Ｐ 储 Ｎ一 ＋１个 会 话 密钥 。例 如 ， １中 的第 ３层 图
Ｃｌ ｓ ｍ ｂ ｒ ＴＰ３ ３ ａ ｓ Ｎｕ ｅ ９
１ 引 言
军事 通 信是 军 队为实 施 指挥 ， 用 通信 工 具 或 运 其他 方法 进 行 的信 息 传 递 。它 是 保 障 军 队 指 挥 的 基本 手段 。为完 成 军 事 通 信 任 务 而 建 立 的 通 信 系
…
的 ３ 到 ４ ， 以采 用 ＫＭＣ密钥 生成 方 式更 符 倍 倍 所 合 战时需要 。ＫＭＣ一般 部署于最 高层 ， １中“ 图 军 长 ” 了减 轻 ＫＭＣ的 压 力 ， 以在 每 一 层 部 署 一 为 可
个Ｋ ＭＣ， 形成 ＫＭＣ的层 状分 布 。不 过在 战时 ， 这
Ｎ） 的密钥 Ｋ 需
演 的方式 ， 即知 道 了本 层 的会 话 密 钥 ， 以 推算 出 可
Ｎ） 的成 员更 新 第 ｉｉ ， ，＋１
种部署 显然很 难 实 现 ， 因此 本 文 仅 考虑 单 一 ＫＭＣ
的情 况 。每一个 成 员 除持 有 一 个 ＴＥ 外 ， Ｋ 还有 一
，
Ｎ一１ Ｎ 层 的密 钥 。 层 以上 的成 员 需要 更 新 ， ２ ）二类 密 更 新 Ｒ ． 包 含 成 员 晋 升 和 降 级 ：
ｗｈ ｃ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｕ ｉｙ ｍ ｕ ｔ ａ ｔ ａ ｄ ｓ ｔｓｉ ｓ ｔ ｅ ｓ ｃ ｒｔ ｅ ｕ ｒ ｍ ｅ ｔ ，ｃ ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｒ ａ— ｉ ｆ ｉｈ ｉ ａ ｅ ｎ ｓ ｃ ｒｔ ｌｉ ｓ ｎ ａ ｉｆｅ ｈ ｅ ｕ ｉｙ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｏ ｓ ｄ ｒｎ ｈ ｅ ｕ ｒ ｃ ｅ ｎ ｓ ｏ ｅ ｌｔ ｍｅ ｏ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ，ｅ ｆ ｉ ｎ ｙ ｏ ｅ ｅ ｉ ｇ ｂ ｎ ｗｉ ｔ ｖ ｒ ａ ｎ ｔ ｒ ｇ ｖ ｒ ｅ ｄ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｆｉ ｅ ｃ ｆｒ ｋ ｙ ｎ ， ａ ｄ ｄ ｈ ｏ ｅ ｈｅ ｄ ａ ｄ ｓ ｏ ａ ｅｏ ｅ ｈ ａ ． ｃ Ｋｅ ｏｒ ｓ ｋ ｙ ｍａ ａ ｅ ｅ ｔ ｅ ｕ ｅｇ ｏ ｐ，ｍｉ ｔ ｒ ｏ ｙＷ ｄ ｅ ｎ ｇ ｍ ｎ ，ｓ ｃ ｒ ｒ ｕ ｌ ａ ｙ ｃ ｍｍ ｕ ｉａ ｉｎ ｉ ｎｃ ｔｏ
成员就 必须 存 储 Ｋ。 Ｋ 至 四个 会 话 密钥 。因此 ， 当 Ｋ。 Ｋ。中有密 钥 更 新 时 ， ３层 的成 员也 必 至 第
须更 新其存 储 的相应 密钥 。
４ 密 钥更 新
在 层状结 构群 组通信 中 ， 员 的加入 、 成 离开 、 晋
带来一些无用的系统开销和存储空间， 在军事通信 应用 中并不合适 。在我们的方案中， 采取了一种推
作 战空 间广 阔 ， 队 高度机 动 ， 战样 式 转 换 频 繁 ， 部 作
层ｌ 通信— — 群组通信示意图
层 间 通 信 ， 信 息 的 发 即 送者 和接 收者 位 于 不 同
层 内＿ 。根 据 军 队 编 ３ ］
图 １ 军队层状结构
制特 点及 各 层 次 间的 指
将新 的密钥 分发 到各层 。
密钥不 同 ， 因此 实现 安全通 信 的方 法一般 有 ： 一
１ 将高层成员的 Ｔ Ｋ作 为演化 密钥 （ Ｋ） ） Ｅ Ｄ ，
推 算 出下 层成员 的 Ｔ Ｋ； Ｅ ２ ）每个 成 员分 别 持有 一 个 ＴＥ 和 一 个 Ｄ Ｋ Ｋ，
用 Ｄ 推算下层 成员 的 Ｔ Ｋ； Ｋ Ｅ
＊
收稿 日期 ：０ ０年 １ １ ２１ 月 ０日， 回 日期 ：０ ０ ２月 ５日 修 ２１年
作 者 简 介 ： 俊 ， ， 士 ， 究 方 向 ： 号 处 理 ， 据 挖 掘 。王 生 ， ， 教 授 ， 究 方 向 ： 工智 能 ， 事 通 信 。 武 男 硕 研 信 数 男 副 研 人 军
总第 ２８ ４ 期 ２ １ 年第 ６ ００ 期
计 算 机 与 数 字 工程
Ｃ ｍｐ ｔｒ＆ Ｄｉｉ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｕｅ ｇｔ ｇｎ ｅｉｇ ａ
Ｖｏ ＿ ８ Ｎｏ ６ ｌ３ ．
１ Ｏ５
军 事 通 信 中 的 密 钥 管 理 方 案
武 俊 王 生
南京 ２ １３ ） １ １ ２ （ 放军炮兵学院南京分 院通信教研室 解
战机 稍纵 即逝 ， 事信 息量 大 ， 军 电子 斗争 激 烈 ， 而 从
增加 了军 队指挥 对 军 事 通 信 的依 赖 性 和 完 成 军 事
挥关系， 不妨 假 设 只有 高层成 员 可 以解 密低 层 间 的
通信 ， 反之则 不 行 。另 外 ， 对 于 普 通 群 组 通 信来 相 说， 层状 结 构 的 群 组 通 信 有 两 个 额 外 的 安 全 性 需
关键词
密钥管理 ；安全群组 ；军事通信
Ｔ ３３ Ｐ ９
中图分类号
Ａ ｅ Ｋ ｅ ａ ｇ ｍ ｅ ｈｅ ｅ ｆ ｒ Ｍ ｉｉａ ｙ Ｃｏ ｍ ｕｎ ｃ ｔｏ Ｎ ｗ ｙ Ｍ ｎａ ｅ ｎｔ Ｓｃ ｍ ｏ ｌｔ ｒ ｍ ｉ ａ ｉｎ
Ｗ ｕ Ｊ Ｗ ａｎｇ Ｓｈｅ ｕｎ ｎｇ
访 问权 限 。但不 允 许 访 问他 晋 升前 这 几 层 间 的通 信 信息 ～ ｊ 。
作是 一个 大 的群组 ， 按照 部 队 的编 制 体制 以及 战 但
时指 挥 的 需 要 ， 级 作 战单 位 间往 往 是 层 状 结 构 各
（ 图 １。 如 ）
向下 安 全 ： 员 从 高 层 ｎａ级 到 低 层ｍ ， 不 成 ｔ 将
３ 问题 描 述
群 Ｇ共 分 为 Ｎ 层 ， 表 示 第 咒层 ， 层 包 含 该