無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效密鑰管理方案研究.pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，其安全問題日益受到重視。網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計中的一個重要部分。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全機制（安全路由、安全定位、數(shù)據(jù)安全聚合、拓撲控制等）中，密鑰管理起著基礎(chǔ)性的作用，成為構(gòu)建安全的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有資源受限（節(jié)點計算能力低、存儲空間小、通信能力弱）、網(wǎng)絡(luò)形態(tài)多樣、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大、部署環(huán)境通常不易控制等特性，這使得傳統(tǒng)的密鑰管理方案無法直接應(yīng)用于無

2、線傳感器網(wǎng)絡(luò)。如何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源受限的前提下，設(shè)計出安全性高、能耗小、連通性好的高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案是極富挑戰(zhàn)的研究課題，成為現(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者研究的重點和熱點。
　　 目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)分配的密鑰管理方案存在一些共同的問題:預(yù)分配密鑰的冗余帶來的存儲消耗過多的問題、共享密鑰的泄漏帶來的安全問題、密鑰無法及時更新的安全隱患問題、節(jié)點一對一通信帶來的通信能耗較大等問題。本文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同的結(jié)構(gòu)出發(fā)

3、，以設(shè)計網(wǎng)絡(luò)連通率高、安全耐受性好、存儲和計算消耗少的高效的密鑰管理方案為目標(biāo)，針對基于預(yù)分配的密鑰管理方案中存在的一些問題進行深入的研究和探討。
　　 論文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 1.提出了一種高效的分級密鑰預(yù)分配管理方案
　　 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被捕獲后密鑰的泄漏及預(yù)存儲的密鑰占有較多的節(jié)點存儲資源問題，本文提出了一種高效的分級密鑰管理方案。該方案基于分級矩陣空間對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點逐次進行密鑰預(yù)分配，而后

4、采用分級密鑰刪除機制逐步刪除預(yù)分配的矩陣信息，這樣在釋放網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有限的存儲空間的同時，有效地降低了節(jié)點被捕獲后密鑰的泄漏概率，體現(xiàn)了安全與存儲效率之間的高效性。
　　 2.提出了基于部署策略的高效密鑰預(yù)分配管理方案
　　 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性與密鑰存儲消耗之間的矛盾，本文提出了一種在降低網(wǎng)絡(luò)存儲消耗的前提下，利用正六邊形部署信息提高網(wǎng)絡(luò)連通率的密鑰預(yù)分配管理方案。為進一步降低網(wǎng)絡(luò)的存儲負擔(dān)，本文將矩陣空間的思想引入到

5、正方形部署信息策略中，在提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點抗捕獲攻擊能力的同時，較好的解決了網(wǎng)絡(luò)連通率和能量消耗的之間的矛盾，適合能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　 3.提出了一種高效的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配管理方案
　　 針對基于分簇式的異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點被捕獲將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)受到嚴(yán)重安全威脅的問題，本文提出了一種高效的分簇式密鑰管理方案。該方案中，利用基于多項式的LU矩陣對簇頭節(jié)點進行密鑰預(yù)分配，有效的提高了簇頭節(jié)點的安全閾值

6、;同時，LU矩陣的應(yīng)用有效的提高了簇頭節(jié)點間的連通性，進而實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇式密鑰管理方案在網(wǎng)絡(luò)安全性與網(wǎng)絡(luò)連通性間的高效性。
　　 4.提出了一種高效的自治愈組密鑰管理方案
　　 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組通信中敵手通過捕獲節(jié)點掌握廣播數(shù)據(jù)包進而發(fā)動Dos攻擊的問題，本文提出一種具有主動撤銷能力的組密鑰自治愈管理方案。該方案利用混淆隨機值實現(xiàn)群組通信的“一次一密”，有效的抵制了敵手的捕獲攻擊，保證了群組會話密鑰的安全性