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_第1頁(yè)
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1、隨著嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信、信息網(wǎng)絡(luò)和傳感器等技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)應(yīng)運(yùn)而生。近幾年來(lái),異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Heregeous Wireless Sensor Networks,HSN)由于包含不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn),具有較好的性能,能夠更好的滿(mǎn)足應(yīng)用需求,引起學(xué)者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。安全有效的密鑰管理機(jī)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(duì)稱(chēng)密碼體制相比在密鑰管

2、理和安全性方面具有優(yōu)勢(shì),尤其基于身份密碼體制被認(rèn)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(kāi)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(wèn)題,值得進(jìn)一步深入研究。
  針對(duì)無(wú)線傳感反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(WSAN)的異構(gòu)性和資源受限特點(diǎn),設(shè)計(jì)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(gè)無(wú)雙線性對(duì)運(yùn)算的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議。該協(xié)議滿(mǎn)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(shí)現(xiàn)了WSAN相鄰節(jié)點(diǎn)間的雙向認(rèn)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(qiáng)了協(xié)議抵抗攻擊的能力。協(xié)議不采用運(yùn)算代價(jià)較高的雙線性對(duì)運(yùn)算,具有較低的計(jì)算代價(jià)。簇頭節(jié)點(diǎn)承擔(dān)較多的計(jì)算任務(wù),有效地節(jié)約了低性能傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗。而且還提出了一種非對(duì)稱(chēng)密鑰協(xié)商過(guò)程的基于模糊身份可認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議,進(jìn)一步降低了簇頭節(jié)點(diǎn)的通信負(fù)荷,節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。
  設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)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(jì)了一種增強(qiáng)安全的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議,在標(biāo)準(zhǔn)模型下證明協(xié)議能夠滿(mǎn)足更多的安全屬性,能夠抵抗短期密鑰泄露攻擊,具有較強(qiáng)的抗攻擊能力。在此基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)適用于多基站HSN的密鑰協(xié)商協(xié)議,降低了對(duì)單個(gè)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(jià)較小的增強(qiáng)安全的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議,降低了多跳節(jié)點(diǎn)間密鑰協(xié)商的通信代價(jià)

5、,延長(zhǎng)了整個(gè)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(diǎn)完全可以承受該協(xié)議的運(yùn)算代價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)模型下的基于身份密鑰協(xié)商協(xié)議雖然比隨機(jī)預(yù)言機(jī)模型下的協(xié)議增加了一定的運(yùn)算代價(jià),但能夠增強(qiáng)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(chǔ)的特點(diǎn),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(wèn)控制問(wèn)題。首先提出了一種支持屬性隱私保護(hù)的動(dòng)態(tài)門(mén)限基于屬性簽密方案,并在隨機(jī)預(yù)言機(jī)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(hù)的密鑰分發(fā)及數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證,提高了密鑰分發(fā)的效率、實(shí)現(xiàn)了細(xì)粒度數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制,并且較好的保護(hù)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(diǎn)可以較好的支持基于屬性密碼算法。并且對(duì)屬性撤銷(xiāo)進(jìn)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(shí)用性。
  對(duì)移動(dòng)對(duì)等傳感器網(wǎng)絡(luò)(MP2PWSN)組密鑰管理進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了基于屬性的組密鑰管理協(xié)

7、議,解決了MP2PWSN組成員認(rèn)證及組密鑰建立問(wèn)題。首先提出了一個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型下可證安全的具有較小解密代價(jià)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(hù)要求和傳感器節(jié)點(diǎn)資源受限等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種適用于MP2PWSN的認(rèn)證及組密鑰管理協(xié)議。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)首先完成簇間認(rèn)證及組密鑰協(xié)商,然后簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簇內(nèi)組密鑰分發(fā)。協(xié)議滿(mǎn)足前向和后向安全性,支持節(jié)點(diǎn)

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