無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中密鑰管理方案研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)由于能夠廣泛地應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域而備受關(guān)注。WSNs由大量攜帶能量、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力及通信能力受限的傳感器節(jié)點(diǎn)組成。通常情況下，WSNs被部署在戶外甚至敵對的環(huán)境中，部署區(qū)域的物理安全無法保證，使得WSNs較易受到各種攻擊。如傳感器節(jié)點(diǎn)俘獲攻擊、巫婆攻擊、虛假數(shù)據(jù)包注入攻擊、復(fù)制攻擊、竊聽等。因此，形成一種具有機(jī)密性、可認(rèn)證性和數(shù)據(jù)完整性的安全機(jī)制是至關(guān)重要

2、的。
　　 在WSNs安全機(jī)制中，密鑰管理問題便是其中的核心問題。近年來，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種WSNs的密鑰管理方案。本文以節(jié)省存儲(chǔ)開銷、計(jì)算開銷、通信開銷、提高網(wǎng)絡(luò)的局部連通率、提高網(wǎng)絡(luò)抵抗偽造移動(dòng)節(jié)點(diǎn)攻擊和控制被俘獲的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)攻擊的能力及實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)安全管理為動(dòng)機(jī)去探索新的WSNs密鑰管理方案，使得研究成果更具實(shí)用價(jià)值。
　　 本文具體研究成果和結(jié)論如下：
　　 1)提出了一個(gè)安全且高效的路徑密鑰建立方

3、案。
　　 當(dāng)兩鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)不存在共同的密鑰時(shí)，必須通過建立路徑密鑰的方式為它們建立共享密鑰，而且利用路徑密鑰還可以增加傳感器節(jié)點(diǎn)之間共享密鑰的安全性能。因此建立路徑密鑰是一個(gè)非常重要的問題。在建立路徑密鑰的過程中，我們必須在安全和能耗兩個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。本文提出一個(gè)在安全和能耗兩個(gè)方面進(jìn)行折中的路徑密鑰建立方案，分析和模擬結(jié)果表明所提方案是高效且安全的。
　　 2)提出了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)持續(xù)安全管理的密鑰管理方案。

4、>　　 為了使WSNs能夠連續(xù)地正常工作，必須適時(shí)地向網(wǎng)絡(luò)中添加節(jié)點(diǎn)。怎樣才能確保新添加的節(jié)點(diǎn)能與網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全的通信呢?也就是說怎么實(shí)現(xiàn)對WSNs進(jìn)行持續(xù)安全地管理呢?本文提出了一個(gè)高效可擴(kuò)充的密鑰管理方案，該方案將節(jié)點(diǎn)的部署知識、預(yù)分配對密鑰及正向密鑰鏈這三種技術(shù)相結(jié)合起來。理論分析和模擬結(jié)果表明：此方案能夠降低存儲(chǔ)開銷，提高局部連通率且顯著地提高了抗毀性的能力(對于第一次部署的網(wǎng)絡(luò)來說，該方案具有完美的抗毀性。在后續(xù)的部署

5、中，如果在引導(dǎo)階段沒有俘獲傳感器節(jié)點(diǎn)，則此方案也具有完美的抗毀性)。
　　 3)提出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)安全管理的密鑰管理方案。
　　 針對目前異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案固有的安全隱患，提出一個(gè)安全的對密鑰建立方案。該方案將節(jié)點(diǎn)的部署知識、反向密鑰鏈和rabin方案這三種技術(shù)相結(jié)合起來。分析和模擬結(jié)果表明，該方案在存儲(chǔ)開銷、局部連通率、具有完全的抗毀性等方面和現(xiàn)有的典型方案相比都有顯著提高。
　　 4)針對

6、存在多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了一個(gè)可擴(kuò)充的、安全高效的方案。
　　 在具有多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)控制著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。敵手可以通過控制被俘獲的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、偽造移動(dòng)節(jié)點(diǎn)達(dá)到控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的目的。因此設(shè)計(jì)出一種能夠抵抗這些攻擊的安全方案是一個(gè)亟待解決的問題。本文針對這一問題提出了一個(gè)密鑰管理方案。此方案是通過密鑰的動(dòng)態(tài)更新技術(shù)來達(dá)到這一目的的。理論分析及模擬結(jié)果表明：此方案能以較低的存儲(chǔ)開銷取得極高的局部連通率。而且整個(gè)網(wǎng)