無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)密鑰管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是終端節(jié)點(diǎn)自發(fā)組織形成的網(wǎng)絡(luò)，具有分布式運(yùn)行、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)都是被廣泛研究的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)。由于部署方式靈活，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域。然而，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)本身的特點(diǎn)以及無(wú)線信道固有的開(kāi)放性使得這類網(wǎng)絡(luò)很容易受到安全威脅。因此，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)安全是目前研究的熱點(diǎn)之一。鑒于目前的安全機(jī)制基本都依賴于密碼體制，密鑰管理技術(shù)對(duì)于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)安全至關(guān)重要。結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（移動(dòng)自

2、組織網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)），本文主要研究密鑰管理及其關(guān)鍵技術(shù)并提出了若干可行方案，具體內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源受限的特點(diǎn)，基于經(jīng)典的EBS密鑰管理方案，本文提出了一個(gè)能夠高效保護(hù)動(dòng)態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案，稱為t-EEBS方案。通過(guò)分析EBS方案以及共謀攻擊的特點(diǎn)，該方案增加了目標(biāo)密鑰鏈集合構(gòu)造過(guò)程。節(jié)點(diǎn)從該集合中選擇適當(dāng)?shù)拿荑€鏈存儲(chǔ)能夠使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)共謀攻擊的能力得到有效提高。為實(shí)現(xiàn)該構(gòu)造過(guò)程，分別提出了啟發(fā)

3、式算法和統(tǒng)計(jì)化算法并分析了特殊情況下的構(gòu)造方案(網(wǎng)絡(luò)中至多存在兩個(gè)共謀節(jié)點(diǎn)）?；谠摌?gòu)造過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了完整的密鑰管理機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)的基于EBS方案實(shí)現(xiàn)的密鑰管理方案，所提出的方案具有更高的抗共謀攻擊能力，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供更加安全、靈活的保護(hù)。
　　(2)雖然現(xiàn)有一些密鑰管理方案具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是密鑰連通性低影響了這些方案的效率及其在實(shí)際應(yīng)用中的可用性。為提高密鑰管理方案的密鑰連通性，本文提出了一個(gè)基于方程組的密鑰生成方

4、法。該方案利用含有惟一解的方程組生成密鑰池，方程組中的每個(gè)方程用于生成密鑰池中的一個(gè)密鑰。節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)密鑰之后可以通過(guò)方程組的惟一解作為隱含的共享秘密提高彼此之間的聯(lián)系，該密鑰形式被稱為聯(lián)接密鑰。該方法能夠與現(xiàn)有的密鑰管理方案結(jié)合，從而提高這些方案的密鑰連通性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)密鑰形式，使用聯(lián)接密鑰的密鑰管理方案具有更高的密鑰連通性，使得節(jié)點(diǎn)之間保密通信的效率得到顯著提高。
　　(3)物理層密鑰生成過(guò)程雖然允許節(jié)點(diǎn)直接從信

5、道中提取共享密鑰實(shí)現(xiàn)保密通信，然而信道變化顯著地影響節(jié)點(diǎn)提取共享密鑰的效率。變化不明顯的信道狀態(tài)序列不但無(wú)法保證密鑰的隨機(jī)性還有可能由于序列之間存在太多差異而增加了提取共享密鑰的難度。基于以上事實(shí)，本文提出了一個(gè)基于2階Rényi熵（碰撞熵）的物理層密鑰生成方案。該方案將收集的信道狀態(tài)序列劃分為若干大小相等的子序列，然后通過(guò)每個(gè)子序列的碰撞熵判斷其可用性（變化程度）并將碰撞熵較低的若干子序列丟棄。為驗(yàn)證所提出的方案，利用配置不同網(wǎng)卡的筆

6、記本電腦完成了多組不同真實(shí)場(chǎng)景下的實(shí)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明，與經(jīng)典的自適應(yīng)物理層密鑰生成方案相比，所提出的方案具有更低的誤碼率。節(jié)點(diǎn)能夠使用生成的共享密鑰有效地實(shí)現(xiàn)彼此之間的保密通信。
　　(4)根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果以及真實(shí)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，半雙工通信機(jī)制以及其他干擾因素使得節(jié)點(diǎn)在實(shí)際環(huán)境中收集的信道狀態(tài)序列之間具有很多的差異。這些差異在量化后會(huì)變成許多不匹配比特位，從而影響了提取共享密鑰的效率。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了一個(gè)基于離散小波變換的