基于身份和屬性的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理協(xié)議研究.pdf

1、隨著嵌入式技術(shù)、無線通信、信息網(wǎng)絡(luò)和傳感器等技術(shù)的快速發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)應(yīng)運而生。近幾年來,異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Heregeous Wireless Sensor Networks,HSN)由于包含不同類型的節(jié)點,具有較好的性能,能夠更好的滿足應(yīng)用需求,引起學(xué)者們越來越多的關(guān)注。安全有效的密鑰管理機制是構(gòu)建安全的傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。由于公鑰密碼體制與對稱密碼體制相比在密鑰管

2、理和安全性方面具有優(yōu)勢,尤其基于身份密碼體制被認為是最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的公鑰密碼體制。所以,眾多學(xué)者在基于身份的傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方面開展了較廣泛的研究工作。但在HSN密鑰管理方面,仍然存在大量有待解決的問題,值得進一步深入研究。
　　針對無線傳感反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(WSAN)的異構(gòu)性和資源受限特點,設(shè)計了能量有效的基于身份的密鑰管理協(xié)議。首先提出了一個無雙線性對運算的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議。該協(xié)議滿足已知密鑰安全、前向保密和密鑰控制安全等安全

3、屬性。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合地理位置信息,實現(xiàn)了WSAN相鄰節(jié)點間的雙向認證及密鑰建立。在公鑰和私鑰中增加身份和地理位置信息,增強了協(xié)議抵抗攻擊的能力。協(xié)議不采用運算代價較高的雙線性對運算,具有較低的計算代價。簇頭節(jié)點承擔較多的計算任務(wù),有效地節(jié)約了低性能傳感器節(jié)點的能耗。而且還提出了一種非對稱密鑰協(xié)商過程的基于模糊身份可認證密鑰協(xié)商協(xié)議,進一步降低了簇頭節(jié)點的通信負荷,節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。
　　設(shè)計了標準模型下可證安全的基于身份密鑰協(xié)

4、商協(xié)議,從密碼體制方面有效地提高了HSN密鑰管理的安全性。首先基于Gentry加密方案設(shè)計了一種增強安全的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議,在標準模型下證明協(xié)議能夠滿足更多的安全屬性,能夠抵抗短期密鑰泄露攻擊,具有較強的抗攻擊能力。在此基礎(chǔ)上,提出了一個適用于多基站HSN的密鑰協(xié)商協(xié)議,降低了對單個基站的信任,提升了密鑰管理的安全性。并且基于Water加密方案提出了一種通信代價較小的增強安全的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議,降低了多跳節(jié)點間密鑰協(xié)商的通信代價

5、,延長了整個網(wǎng)絡(luò)的生存期。分析和仿真結(jié)果表明,低性能傳感器節(jié)點完全可以承受該協(xié)議的運算代價。標準模型下的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議雖然比隨機預(yù)言機模型下的協(xié)議增加了一定的運算代價,但能夠增強HSN密鑰管理的安全性。
　　充分考慮分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)(DWSN)的異構(gòu)性和傳感器數(shù)據(jù)本地存儲的特點,采用基于屬性簽密算法,解決了DWSN密鑰分發(fā)及數(shù)據(jù)訪問控制問題。首先提出了一種支持屬性隱私保護的動態(tài)門限基于屬性簽密方案,并在隨機預(yù)言機模型下證明了

6、協(xié)議的安全性。在此基礎(chǔ)上,提出了一種適合DWSN的支持屬性隱私保護的密鑰分發(fā)及數(shù)據(jù)訪問控制協(xié)議,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)源節(jié)點的認證,提高了密鑰分發(fā)的效率、實現(xiàn)了細粒度數(shù)據(jù)訪問控制,并且較好的保護了傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私。仿真結(jié)果表明低性能傳感器節(jié)點可以較好的支持基于屬性密碼算法。并且對屬性撤銷進行了研究,提升了基于屬性密碼體制在傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理的實用性。
　　對移動對等傳感器網(wǎng)絡(luò)(MP2PWSN)組密鑰管理進行了研究,設(shè)計了基于屬性的組密鑰管理協(xié)

7、議,解決了MP2PWSN組成員認證及組密鑰建立問題。首先提出了一個一般群模型下可證安全的融合身份的基于屬性簽名方案和一個標準模型下可證安全的具有較小解密代價的密文策略基于屬性加密方案。在此基礎(chǔ)上,充分考慮MP2PWSN資源共享需求、隱私保護要求和傳感器節(jié)點資源受限等特點,設(shè)計了一種適用于MP2PWSN的認證及組密鑰管理協(xié)議。移動節(jié)點和簇頭節(jié)點首先完成簇間認證及組密鑰協(xié)商,然后簇頭節(jié)點進行簇內(nèi)組密鑰分發(fā)。協(xié)議滿足前向和后向安全性,支持節(jié)點