cbtc系统中ipsec的研究与设计

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1、北京交通大学硕士学位论文CBTC系统中IPSec的研究与设计姓名：杨鹏翼申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：穆建成20080501中文摘要摘要：基于通信的列车运行控制(CBTC)系统通过车地双向数据通信对列车进行控制和监督，提高了列车的安全性和运输效率。基于IEEE802．1l标准的无线局域网(WLAN)以其安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展等优点，成为CBTC系统中应用最广泛的车地通信方式。同时，无线局域网固有的安全问题也引入了CBTC系统。因此，必须采取相关措施来提高基于IEEE802．11标准的CBTC系统中数据通信的安全性。论文首先对CBT

2、C系统中数据通信网络的安全体系及其漏洞进行了详细的分析，提出了采用IPSec机制来提高CBTC系统中数据通信的安全。其次，对IPSec体系中安全关联(SA)、安全协议(认证头All和封装安全载荷ESP)、相关数据库(安全策略数据库SPD和安全关联数据库SAD)以及密钥交换(IKE)协议作了深入的阐述，同时根据CBTC系统的特点，提出了CBTC系统中IPSec机制的设计方案：在车载系统和地面系统之间采用隧道模式的ESP来提供安全保护，而在地面各个系统之间采用传输模式的AH或ESP来提供安全保护，并详细的说明了数据包处理流程和密钥交换流程。最后，把高级加密标准(AES)引

3、入CBTC系统的IPSec机制中，用来实现IPSec中的加密和认证算法。高级加密标准(AES)是一个对称分组密码算法，将用来取代数据加密标准(DES)，从而成为广泛使用的新型数据加密标准。它设计简单、需要的内存空间少、在所有平台上运行良好而且可以有效抵抗目前已知的所有攻击，因此，在IPSec机制中采用高级加密标准(AES)实现加密和认证算法是一种趋势。文中采用了FPGA来完成AES算法的设计，对整体方案和各个模块进行了详细的描述和仿真分析，并对实际电路板进行了测试分析，验证了设计方案的正确性。IPSec机制能为通信网络中IP数据包提供访问控制、完整性检测、身份认证、数

4、据加密和抗重放攻击等安全服务，整体上提高了数据通信的安全，而且其开发周期短、成本低、易于扩展。因此，在CBTC系统中采用IPSec机制来提高的数据通信安全是一个很好的选择。关键词：CBTC；IP安全性；密钥交换；高级加密标准；FPGA分类号：TP309．7；U285．8ABSTRACTABSTRACTABSTRACT：CommunicationBasedTrainControl(CBTC)system，whichcontrolsandsupervisesthetrainthroughthetwo—waydatacommunicationsbetweentrainand

5、ground，improvetrainsafetyandtransportefficiency．WLANbasedontheIEEE802．11standards，withitsadvantagesofeasytoinstall，flexibletoUSe，economical，easytoextend，hasbecomethemostwidelyusedmeansoftrain-groundcommunicationintheCBTCsystem．Butatthesametime，thesecurityissueinherenttoWLANhasbeenintrod

6、ucedintoCBTCsystem．ThereforeitisnecessarytoadoptrelevantmeasurestoimprovethedatacommunicationssecurityoftheCBTCsystembasedontheIEEE802．11standards．ThispaperfirstmadeadetailedanalysisOilthesecuritysystemofCBTCsystemdatacommunicationsnetworkanditsleaks，andcarriedoutthattoimprovethedatacom

7、municationssecurityoftheCBTCsystembytheuseofIPSecmechanism．Second，thispapermadeanin-depthexpatiationOntheIPSecmechanism，includingsecurityassociation(SA)，securityagreement(IPAuthenticationHeaderandIPEncapsulatingSecurityPayload)，relevantdatabase(SecurityPolicyDatabase，SPDandSecu