基于組合論的異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案.pdf

1、異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡稱HWSN)是從異構(gòu)無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡稱WSN)中借鑒來的一種新型網(wǎng)絡(luò)。HWSN假設(shè)節(jié)點結(jié)構(gòu)和功能的互異性，與各個節(jié)點功能相同的WSN相比，HWSN能夠延長網(wǎng)絡(luò)壽命，提高網(wǎng)絡(luò)連通性、可測性和抗毀性。隨著該項技術(shù)的發(fā)展，HWSN的應(yīng)用將會越來越廣泛，其安全問題也將被極大地關(guān)注。密鑰管理是各種安全機制的基礎(chǔ)，如何利用節(jié)點的異構(gòu)特性，為HWSN設(shè)計有效的密鑰管理方案已成為一個重要的研究問題。本文基于

2、組合設(shè)計理論，對HWSN靜態(tài)密鑰管理模型和預(yù)分配方案進(jìn)行研究。 首先，本文對靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理進(jìn)行了系統(tǒng)性的綜述，內(nèi)容包括密鑰管理方案的評估標(biāo)準(zhǔn)及分類、現(xiàn)有典型方案描述等方面，并重點分析和總結(jié)了現(xiàn)有典型方案的優(yōu)缺點。然后，對組合設(shè)計理論基礎(chǔ)知識進(jìn)行了介紹，詳細(xì)介紹了按對平衡設(shè)計理論，這些內(nèi)容是本文研究內(nèi)容的基礎(chǔ)。 本文提出了一種適合HWSN的靜態(tài)密鑰管理模型來控制異構(gòu)節(jié)點的密鑰分配和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，模型對靜態(tài)安全引導(dǎo)體

3、系和安全維護(hù)體系進(jìn)行了詳細(xì)描述，并將基于按對平衡設(shè)計的HWSN密鑰預(yù)分配方案引入靜態(tài)安全引導(dǎo)體系生成節(jié)點密鑰環(huán)模塊，充分體現(xiàn)了本模型的異構(gòu)式特征。 作為研究重點，本文利用HWSN中普通節(jié)點和簇頭節(jié)點的差異性，基于中心可分解型按對平衡設(shè)計構(gòu)造了異構(gòu)的節(jié)點密鑰環(huán)，設(shè)計了兩種密鑰預(yù)分配方案DCPBD和VDCPBD。其中，DCPBD利用了中心可分解類型PBD，將普通區(qū)組作為普通節(jié)點的密鑰環(huán)，將特出區(qū)組作為簇頭節(jié)點的密鑰環(huán)。VDCPBD基

4、于DCPBD進(jìn)行了擴展，將單一核密鑰替換為基于另一密鑰池進(jìn)行SBIBD設(shè)計出的簇間密鑰環(huán)，減小了DCPBD由于單個簇頭節(jié)點被俘后對整個網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響。由于在設(shè)計時考慮了節(jié)點的異構(gòu)特性，使用確定性方法構(gòu)造了異構(gòu)密鑰環(huán)，使得這兩個方案在保持密鑰連通率不變的前提下獲得了更低的空間復(fù)雜度. 最后，借助matlab仿真工具，分別對DCPBD方案及VDCPBD方案的密鑰異構(gòu)性、抗捕獲性、網(wǎng)絡(luò)連通性、內(nèi)存需求等進(jìn)行了分析。仿真實驗表明，兩個