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

1、異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱(chēng)HWSN)是從異構(gòu)無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱(chēng)WSN)中借鑒來(lái)的一種新型網(wǎng)絡(luò)。HWSN假設(shè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和功能的互異性，與各個(gè)節(jié)點(diǎn)功能相同的WSN相比，HWSN能夠延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，提高網(wǎng)絡(luò)連通性、可測(cè)性和抗毀性。隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，HWSN的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，其安全問(wèn)題也將被極大地關(guān)注。密鑰管理是各種安全機(jī)制的基礎(chǔ)，如何利用節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)特性，為HWSN設(shè)計(jì)有效的密鑰管理方案已成為一個(gè)重要的研究問(wèn)題。本文基于

2、組合設(shè)計(jì)理論，對(duì)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(duì)靜態(tài)無(wú)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(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及分類(lèi)、現(xiàn)有典型方案描述等方面，并重點(diǎn)分析和總結(jié)了現(xiàn)有典型方案的優(yōu)缺點(diǎn)。然后，對(duì)組合設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了介紹，詳細(xì)介紹了按對(duì)平衡設(shè)計(jì)理論，這些內(nèi)容是本文研究?jī)?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(lái)控制異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的密鑰分配和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，模型對(duì)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(duì)平衡設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)，本文利用HWSN中普通節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)的差異性，基于中心可分解型按對(duì)平衡設(shè)計(jì)構(gòu)造了異構(gòu)的節(jié)點(diǎn)密鑰環(huán)，設(shè)計(jì)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(lèi)型PBD，將普通區(qū)組作為普通節(jié)點(diǎn)的密鑰環(huán)，將特出區(qū)組作為簇頭節(jié)點(diǎn)的密鑰環(huán)。VDCPBD基

4、于DCPBD進(jìn)行了擴(kuò)展，將單一核密鑰替換為基于另一密鑰池進(jìn)行SBIBD設(shè)計(jì)出的簇間密鑰環(huán)，減小了DCPBD由于單個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)被俘后對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響。由于在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)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(gè)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(duì)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(shí)驗(yàn)表明，兩個(gè)