基于EBS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由大量具有可通信、可傳感、可控制、可數(shù)據(jù)處理的無線傳感器節(jié)點(diǎn),以自組織、自裝配的方式所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)。WSNs被廣泛應(yīng)用于軍事檢測、環(huán)境監(jiān)控、突發(fā)應(yīng)急、城市管理等高度開放或較復(fù)雜的環(huán)境中。同時，由于WSNs的開放性、復(fù)雜性以及物理特性，使其容易被攻擊，從而泄露傳感器發(fā)送的重要信息。隨著WSNs應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，其安全也日趨顯現(xiàn)出它的重要性，尤其是當(dāng)中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的

2、密鑰管理問題。
　　因為傳感器的能量有限，為了使傳感器更有效、更快速、更準(zhǔn)確地收集各類數(shù)據(jù)，故在WSNs中增加了一些基站來負(fù)責(zé)各個傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。在WSNs的基站通信模型下，基站作為“大腦中樞”不僅監(jiān)控著各個傳感器節(jié)點(diǎn)之間通信，還保證匯總信息的驗錯、排錯、糾錯等任務(wù)的順利進(jìn)行。目前在國內(nèi)外研究中，傳感器節(jié)點(diǎn)之間通信的安全性和復(fù)雜性一直相互矛盾，擁有高安全性的加密算法往往通信開銷較大。
　　本文將從節(jié)省基站或節(jié)點(diǎn)的通

3、信開銷，以及提升WSNs的安全性和連通性為動機(jī)，去探索新的密鑰管理方案，使成果更有針對性和實(shí)用性。
　　具體研究成果如下：
　?、偬岢隽艘环N基于EBS、RKP-DE的密鑰預(yù)分配方案
　　出于對WSNs的連通性、可恢復(fù)性以及通信效率等方面問題的考慮，提出了一種基于排他系統(tǒng)(Exclusion Basis System of dimension, EBS)和網(wǎng)絡(luò)分化（Random Key Pre-distribution

4、Of Network Decoupling，RKP-DE)的基站驗錯、糾錯、排錯的WSNs密鑰管理策略(Exclusion Basis System of Grouping and Layered, EBS-GL)。該方案先通過組合數(shù)學(xué)理論對密鑰池進(jìn)行動態(tài)分組，使各個分組節(jié)點(diǎn)擁有共同密鑰交集，從而達(dá)到在密鑰建立階段，讓 WSNs通過一跳或者多跳就具有高連通率或全連通；然后利用網(wǎng)絡(luò)分化策略，將原 WSNs網(wǎng)絡(luò)分解成物理傳輸鏈路網(wǎng)和邏輯加密

5、路徑網(wǎng)，剝離信息傳輸和信息加密，大大減少不必要的加、解密次數(shù)，提高了各個節(jié)點(diǎn)信息通信效率。最后通過仿真表明，該密鑰預(yù)分配方案可以減少通信開銷。
　　②提出了一種分組、分層加密算法
　　在傳統(tǒng)基站通信模型中，一般采用基于海明碼或MDS的方式對信息編碼、加密和驗證，這些密鑰管理策略降低了基站加、解密通信效率。本文提出了一種全新的分組、分成加密算法(Grouping and Layered, GL)。該算法放棄了基于MDS編碼方式

6、，通過在分組密鑰中選取兩個不確定的密鑰來分層加密信息，不僅保證了通信的安全性，還提高了傳輸效率。
　?、厶岢隽艘环N基站驗錯、排錯、糾錯算法
　　被捕獲節(jié)點(diǎn)的檢測和排除一直以來都是WSNs關(guān)心的問題，對于此問題本文提出了一種全新的基站驗錯、排錯、糾錯算法。該算法基于分組、分層加密策略。首先通過統(tǒng)計匯總信息類別，驗證接收信息的安全度，從而發(fā)現(xiàn)信息是否可用；其次基于上述EBS-GL密鑰管理策略，利用被捕獲節(jié)點(diǎn)不具備的若干密鑰，來加