Page 400 - 《软件学报》2026年第4期

徐易 等: 基于真实源地址验证的轻量共识机制 1841

址 [27–29] . 具体而言, SAVA 通过将合法 IP 地址与主机的链路层属性绑定形成绑定锚, 进而匹配数据包中的 IP 源地
址与绑定锚, 以验证其真实性. 其次, 在地址域内源地址验证层次, SAVA 确保从接入网流入地址域的流量, 其源地
址无法假冒该地址域下的其他接入网地址. 具体地, 通过发送探测报文, SAVA 生成源前缀和入接口的对应关系,
构建源地址验证表, 从而验证地址域内流量的源地址真实性. 最后, 在地址域间源地址验证层次, SAVA 通过部署
在边界路由器上的状态机验证源地址. 具体地, 每个源地址域针对不同的目的地址域生成不同的状态机, 以验证所
发送的报文是否源于本地址域, 并同时为报文添加标识源地址域的可验证身份标签, 以防止源地址域地址被冒用.
以 SAVA 为代表的真实源地址验证技术为网络层节点的身份验证提供了可信基础. 在一个全面部署真实源
地址验证技术的网络中, 伪造源地址的难度及成本显著增加, 从而确保报文的源地址真实可靠且可追溯. 随着
SAVA 部署率的不断提升, 基于 SAVA 确保共识消息源地址真实性逐渐成为可能, 为构建以 IP 地址为信任基础的
轻量级共识机制提供了可行的实现路径.
2 基于真实地址的轻量共识框架概览

为有效降低共识开销、提升共识性能, 以满足网络层安全需求, 本文提出了基于真实地址的轻量共识框架. 其
核心思路是充分利用真实 IP 地址这一广泛存在的信任基础, 将真实 IP 地址作为共识机制中节点身份验证的信任
锚点. 基于此思路, 该框架设计了域内密钥聚合、地址域间聚合和节点轻量共识这 3 个核心过程, 从而有效解决现
有机制面临的密钥维护数量多、信任传递不灵活和身份验证开销大的问题.
该框架的运行流程如图 1 所示, 具体包含以下 3 个核心过程: (1) 基于真实地址的域内密钥聚合. 该过程面向
同一地址域内的共识节点, 利用真实 IP 地址验证节点身份, 而非依赖节点各自维护的非对称密钥, 因而可将每个
共识节点单独的密钥聚合为统一的地址域密钥, 大幅降低密钥协商和维护的复杂度. (2) 基于前缀树的信任联盟域
间聚合. 该过程面向不同的地址域, 构建以真实 IP 地址为信任基础的网络信任联盟, 并利用前缀树维护地址域的
真实源地址验证技术部署状态, 结合地址域的多种前缀关系完成域间聚合, 从而在灵活传递信任关系的同时, 进一
步减少需要维护的密钥数量. (3) 基于 IP 地址身份验证机制的轻量共识. 该过程面向共识节点间的身份验证, 通过
真实 IP 地址和对称密钥进行分步认证, 取代传统基于非对称密钥的验证方式, 有效降低共识过程的时间和运算开
销, 实现共识过程轻量化.

节点 公钥
节点1 ***
节点2 ***
基于真实 相邻前缀聚合 共识消息 共识消息
地址的 IP 发送方 接收方
身份识别 共识消息收发
节点 地址 地址域 对称密钥
节点1 IP1 查询对称密钥: key=search(IPdes)
域1 *** 计算 HMAC: hmac=HMAC(data, key)
节点2 IP2 父子前缀聚合
message(data, hmac)
查询对称密钥: key=search(IPsrc)
验证 HMAC: verify(data, hmac, key)
传统密钥 ① 基于真实地址的 ② 基于前缀树的信任 ③ 基于 IP 地址身份验证
协商过程 域内密钥聚合 联盟域间聚合 机制的轻量共识
图 1 轻量共识框架概览

本文将在第 3–5 节中分别对域内密钥聚合、地址域间聚合和节点轻量共识作详细介绍.
3 域内密钥聚合

传统共识框架中, 每个共识节点都需单独维护密钥, 带来了很高的密钥维护开销. 为了解决这一问题, 本文提
出的轻量共识框架使用 IP 地址代替非对称密钥作为域内节点的身份标识, 从而实现域内密钥聚合. 如图 2 所示,
传统共识框架利用节点公私钥对的唯一性, 将节点身份与公钥绑定, 因此需要为每个节点分别维护非对称密钥. 而
本文的轻量共识框架则利用共识过程中节点 IP 地址的唯一性, 通过真实源地址验证技术确保 IP 地址真实可信,