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资料简介
随着中国铁路事业的快速发展，CTCS-3级列控系统对安全性的要求日益提高。本文深入探讨了CTCS-3级车地通信中的身份认证技术，提出了一种基于公钥密码体制、动态口令及哈希函数的新身份认证机制IAMCTG。该机制不仅提高了数据传输的安全性，还增强了系统的整体性能。通过OPNET仿真软件的测试，验证了新机制的有效性和安全性，为高速铁路的安全运行提供了有力保障。
文件名称：CTCS3级车地通信身份认证研究.pdf
文件类型：PDF文档
文件标签：CTCS-3、身份认证、高铁安全
内容预览
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硕士学位论文
ＣＴＣＳ．３级车地通信中身份认证研究
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作者：杨泽东
导师：张润彤
北京交通大学
２０１１年７月
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学位论文版权使用授权书／嘲
本学位论文作者完全了解北京交通人学有关保留、使Ｈｊ学位论文的规定。特授权北京交
通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采川影印、缩印或扫
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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名．枷湃东
签字日期：２伊玎年７月１２，ＥＩ
导师签
签字日
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中图分类号：
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学校代１０００４
密级：公开
北京交通大学
硕士学位论文
ＣＴＣＳ．３级车地通信身份认证研究
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｄｅｎｔｉｔｙＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎａｍｏｎｇｔｈｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＴｒａｉｎａｎｄＧｒｏｕｎｄｉｎＣＴＣＳ．
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作者姓名：
导师姓名：
学位类别：
学科专业：
杨泽东
张润彤
管理学
信息管理
学
号：
职
称：
学位级别：
研究方向：
北京交通大学
２０１１年６月
０９１２０８０２
教授
硕士
企业信息化
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致谢
本文是在张润彤教授的悉心指导下完成的。导师认真严谨的科研态度对我的
帮助非常大，在论文的完成过程中对我提出了许多建设性和向导性的意见和建议，
并且对我的毕设论文进度监控也十分负责和到位，对于我在研究过程中所需要的
软硬件实验环境也提供了非常有意义的帮助。在此我由衷地感谢我的指导老师。
在研究生学习期间，交大信息管理系的诸位老师的专业感染、认真负责的教
授态度也使我学到扎实全面的专业知识，这也是我完成本毕业设计的基础，在此
感谢所有的老师们。
在毕业设计过程中，参与相关研究项目的其他同学也为我提供了很多理论上
和研究思路上的支持，进行了许多探讨，在此对他们表示感谢。
最后感谢我的父母家人，他们在我毕设期间对我的鼓励和帮助，是我能够顺
利完成毕业设计的重要保证。
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北京交通人学硕士学位论文
中文摘要
中文摘要
摘要：
随着中国铁路事业的飞速发展，对列控系统的要求也越来越高。ＣＴＣＳ
（ＣｈｉｎｅｓｅＴｒａｉｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）．３级列控系统利用ＧＳＭ．Ｒ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｏｆＭｏｂｉｌｅ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＲａｉｌｗａｙｓ）实现车地通信，以满足高速铁路的需求。然而，身份
认证技术作为ＧＳＭ—Ｒ移动通讯系统的第一道安全防线，地位极其重要，它是最基
本的安全服务，一旦身份认证系统被攻破，那么所有安全措施将形同虚设。目前
ＧＳＭ—Ｒ系统的身份认证技术还存在一些安全缺陷，比如ＧＳＭ—Ｒ仅支持网络对用
户的单向鉴权，不支持用户对网络鉴权，存在用户接入假冒网络的安全隐患，另
外，现在已有针对空中接口加密Ａ５算法的破译攻击方法，这些已存在的安全隐
患都会给不法分子攻击ＣＴＣＳ一３列控系统提供机会，严重影响我国高铁运行的安
全，阻碍我国高铁事业的发展。因此，为了确保ＧＳＭ．Ｒ第一道防线的安全，设计
一套满足高速列车高安全性需求的身份认证机制十分必要。
首先，论文分析总结出ＣＴＣＳ．３级车地通信中身份认证的安全性需求；然后，
深入研究目前成熟的无线网络身份认证技术理论，并引进公钥密码体制、动态口
令、哈希函数等理论技术作为本文新身份认证机制的理论基础。最后，根据归纳
出的安全性需求和相关技术理论，设计了一套适合ＣＴＣＳ．３的身份认证机制
ＩＡＭＣＴＧ（ＩｄｅｎｔｉｔｙＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｉｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＴｒａｉｎａｎｄ
Ｇｒｏｕｎｄ），保证了其安全性的同时，还提高了ＣＴＣＳ．３级列控系统中数据传输的效
率。
为了论证新的车地通讯身份认证机制是否满足ＣＴＣＳ．３级列控系统的安全性
需求，论文利用网络仿真软件ＯＰＮＥＴ对新旧认证机制分别进行模拟仿真，并依据
《ＣＴＣＳ．３级列控系统总体技术方案》
，从ＣＴＣＳ．３级列控系统对ＧＳＭ．Ｒ传输系
统ＱｏＳ指标要求的角度，设置了模型单次运行时间、排队延迟、利用率、网络吞
吐量指标。仿真结果表明ＩＡＭＣＴＧ模型在功能上，实现了密钥的协商，服务器端
和车载无线单元实现了双向认证；安全性上，本文仿真了中间人攻击，ＩＡＭＣＴＧ
模型可以抵御这种攻击；性能上，得到了四个理想的统计指标值。最后初步证明
所设计的身份认证方案是符合ＣＴＣＳ．３级列控系统安全传输需求的。
关键词：ＣＴＣＳ．３；身份认证：椭圆曲线密码系统；哈希函数；ＯＰＮＥＴ仿真
分类号：ＴＰ３９１；Ｕ２２９
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北京交通人学硕十学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
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ＷｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ’ Ｓｒａｉｌｗａｙｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｒａｉｎｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｈｉｇｈｅｒ．ＣＴＣＳ－３（ＣｈｉｎｅｓｅＴｒａｉｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌ３）ｕｓｅｓＧＳＭ－Ｒ
（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｏｆＭｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＲａｉｌｗａｙｓ）ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ
ｔｒａｉｎａｎｄｇｒｏｕｎｄ，ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｉｄｅｎｔｉｔｙ
ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎａｓｔｈｅｆｉｒｓｔｌｉｎｅｏｆｄｅｆｅｎｓｅｉｎＧＳＭ・Ｒ，ｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ，ｉｔｉｓｔｈｅｍｏｓｔｂａｓｉｃ
ｓｅｃｕｒｉｔｙｓｅｒｖｉｃｅ，ｏｎｃｅｔｈｅａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｂｒｏｋｅｎ，ａｌｌｓｅｃｕｒｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｓｗｉｌｌｂｅｕｓｅｌｅｓｓ．
Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｓｏｍｅｓｅｃｕｒｉｔｙｆｌａｗｓｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅｉｄｅｎｔｉｔｙａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＧＳＭ－Ｒ，
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ＧＳＭ－Ｒｎｅｔｗｏｒｋｏｎｌｙｓｕｐｐｏｒｔｓｏｎｅ—ｗａｙａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｓｅｒｓ，ｂｕｔｕｓｅｒｓｃａｎ’ ｔｃｏｎｆｉｒｍｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅ
ｎｅｔｗｏｒｋｉｓＬｅｇｉｔｉｍａｔｅ，ＳＯｉｔ＇ｓｐｏｓｓｉｂｌｅｆｏｒｔｈｅｕｓｅｒｔｏａｃｃｅｓｓｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｆｅｉｔｎｅｔｗｏｒｋ，ｅｖｅｎｌｙｔｈｅ
ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍＡ５ｏｆｔｈｅａｉｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｈａｓｂｅｅｎａｔｔａｃｋｅｄ，ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｓｅｃｕｒｉｔｙｄａｎｇｅｒｓｐｒｏｖｉｄｅ
ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓｆｏｒｔｈｅｌａｗｌｅｓｓａｔｔａｃｋｅｒｔｏａｃｃｅｓｓＣＴＣＳ－３，
ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆ
ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｔｒａｉｎ，ｈｉｎｄｅｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｕｓ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅ
ｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｆｉｒ...