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基于消息摘要加密的网络时间协议安全时间同步方法研究

陈曦 臧文驰 马明 龚航 孙广富

陈曦, 臧文驰, 马明, 龚航, 孙广富. 基于消息摘要加密的网络时间协议安全时间同步方法研究[J]. 全球定位系统, 2021, 46(5): 84-91. doi: 10.12265/j.gnss.2021072701
引用本文: 陈曦, 臧文驰, 马明, 龚航, 孙广富. 基于消息摘要加密的网络时间协议安全时间同步方法研究[J]. 全球定位系统, 2021, 46(5): 84-91. doi: 10.12265/j.gnss.2021072701
CHEN Xi, ZANG Wenchi, MA Ming, GONG Hang, SUN Guangfu. Research on secure NTP method based on message digest encryption[J]. GNSS World of China, 2021, 46(5): 84-91. doi: 10.12265/j.gnss.2021072701
Citation: CHEN Xi, ZANG Wenchi, MA Ming, GONG Hang, SUN Guangfu. Research on secure NTP method based on message digest encryption[J]. GNSS World of China, 2021, 46(5): 84-91. doi: 10.12265/j.gnss.2021072701

基于消息摘要加密的网络时间协议安全时间同步方法研究

doi: 10.12265/j.gnss.2021072701
基金项目: 国家部委资助项目(2019-JCJQ-JJ-190)
详细信息
    作者简介:

    陈曦:(1997—),女,硕士,研究方向为时间频率系统技术

    臧文驰:(1994—),男,硕士,研究方向为时间频率系统技术

    马明:(1989—),男,博士,研究方向为时间频率系统技术

    通信作者:

    马明 E-mail: maming@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: P185.18

Research on secure NTP method based on message digest encryption

  • 摘要: 目前,以网络时间协议(NTP)为主要的时间协议应用于有线网络中的时间同步,其在广域网中可以实现十几毫秒、局域网中实现几毫秒的同步精度. 然而,由于协议的开放性,其在无安全防护的情况下极易受到网络攻击,这给需要高安全的客户带来潜在的风险. NTP可以增加安全策略来应对可能的安全风险,将消息摘要(MD)中的MD5和安全散列算法(SHA)中的SHA-1引入NTP算法,有效地验证了数据完整性,防止数据包被篡改,以保证时间同步的安全性. 进一步,针对这两类算法提出对NTP包关键数据帧Hash加密,在保持良好同步精度的同时可进一步提高时间同步的安全性. 通过实验对比了MD5和SHA-1算法加入所带来同步效果的影响. 结果表明:在MD5和SHA-1算法加入后,NTP依然能保持毫秒级的同步性能,这对于实现NTP安全时间同步方法具有重要意义.

     

  • 图  1  基于消息摘要的NTP算法原理图

    图  2  NTP数据包补位

    图  3  NTP数据包格式

    图  4  两种消息摘要计算方式对比

    图  5  NTP同步流程

    图  6  算法流程

    图  7  时延结果

    图  8  时延均值实时采样

    图  9  时差标准差实时采样

    图  10  单次算法耗时对比

    表  1  MD5算法和SHA-1算法对比

    特征MD5算法SHA-1算法
    消息摘要长度/bit128160
    产生相同消息摘要所需操作/次264280
    轮数/次44
    迭代次数6480
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    表  2  不同算法统计数据对比 ms

    算法时延均值时差标准差
    原始NTP9.538 03.295 1
    MD510.004 03.926 2
    MD5_Simple9.985 03.639 7
    SHA-113.192 04.789 0
    SHA-1_Simple10.631 04.462 7
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    表  3  不同算法耗时对比 ms

    算法波动范围均值
    原始NTP0.3~154.976 3
    MD50.4~175.198 0
    MD5_Simple0.4~164.973 9
    SHA-10.4~165.224 5
    SHA-1_Simple0.4~165.361 9
    下载: 导出CSV

    表  4  本地流量增加后不同算法统计数据对比 ms

    算法时延均值时差标准差
    原始NTP14.284 06.121 8
    MD517.605 07.054 8
    MD5_Simple16.415 07.075 7
    SHA-120.332 07.967 9
    SHA-1_Simple18.275 08.006 3
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-27
  • 网络出版日期:  2021-11-02

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