無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理協(xié)議研究.pdf

1、計(jì)算、通信和傳感器三大技術(shù)的迅速發(fā)展催生了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)使得在該網(wǎng)絡(luò)中提供安全的保護(hù)措施成為一種挑戰(zhàn)。安全有效的密鑰管理機(jī)制則是構(gòu)建安全的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有認(rèn)證中心，且節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力都非常有限，因此大多數(shù)已有的密鑰管理機(jī)制無(wú)法直接應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。于是眾多學(xué)者在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理機(jī)制方面開(kāi)展了大量的研究工作，盡管如此該領(lǐng)域仍存在大量有待解決的問(wèn)題，值得進(jìn)一步深入

2、研究。
　　 Blundo協(xié)議是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)典型的隨機(jī)密鑰預(yù)分配協(xié)議。該協(xié)議采用一個(gè)t次對(duì)稱二元多項(xiàng)式來(lái)構(gòu)建所有傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的共享密鑰。為了抵抗部分傳感器節(jié)點(diǎn)被俘獲后對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全造成的影響，Blundo協(xié)議需要t值充分大，但是t值越大，傳感器節(jié)點(diǎn)所需消耗的能量就越多。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種基于分層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配協(xié)議。該協(xié)議在Blundo協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入分層網(wǎng)格使傳感器節(jié)點(diǎn)可以選擇不同的多項(xiàng)式

3、來(lái)構(gòu)建共享密鑰。從而在控制傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算量的同時(shí)有效的降低了部分節(jié)點(diǎn)被俘獲后對(duì)整個(gè)剩余網(wǎng)絡(luò)的安全造成的影響，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。
　　 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間是通過(guò)相互協(xié)作來(lái)完成某一項(xiàng)任務(wù)的，為了抵抗針對(duì)協(xié)作過(guò)程實(shí)施的惡意攻擊，需要密鑰管理協(xié)議提供節(jié)點(diǎn)間相互認(rèn)證的功能。與對(duì)稱密鑰系統(tǒng)相比，非對(duì)稱密鑰系統(tǒng)在密鑰的管理和安全性方面具有優(yōu)勢(shì)。因此，提出了一種新的兩方Weil對(duì)密鑰協(xié)商協(xié)議。該協(xié)議滿足密鑰協(xié)商協(xié)議所應(yīng)具備的所有性質(zhì)，完

4、善的前向安全性、抵抗未知密鑰共享、已知密鑰安全、抵抗密鑰控制、抵抗使用泄露的密鑰進(jìn)行假冒攻擊。在該協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合二叉邏輯密鑰樹(shù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提出了一個(gè)適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可認(rèn)證的組密鑰協(xié)商協(xié)議。該協(xié)議實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)間的相互認(rèn)證，能有效抵抗針對(duì)協(xié)作過(guò)程實(shí)施的惡意攻擊。
　　 根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)布局，提出了一種新的層簇式結(jié)構(gòu)的組密鑰協(xié)商協(xié)議。該協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)適合的簇，并進(jìn)行合理的分層，構(gòu)建層簇結(jié)構(gòu)。然后

5、在此結(jié)構(gòu)上基于橢圓曲線密碼體制實(shí)施組密鑰的協(xié)商和分配。該協(xié)議充分利用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布局特點(diǎn)，使得傳感器節(jié)點(diǎn)在密鑰協(xié)商過(guò)程中具有低計(jì)算開(kāi)銷與低通信開(kāi)銷的優(yōu)勢(shì)?；谠搮f(xié)議的設(shè)計(jì)思想對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了一種基于環(huán)狀分層結(jié)構(gòu)的組密鑰協(xié)商協(xié)議。該協(xié)議采用了環(huán)狀分層的結(jié)構(gòu)，基于多線性映射進(jìn)行子組密鑰和組密鑰的協(xié)商，并采用對(duì)稱密鑰算法實(shí)施組密鑰的安全分發(fā)。該協(xié)議的這種設(shè)計(jì)方法較好的解決了在傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行密鑰協(xié)商時(shí)所遇到的節(jié)點(diǎn)能量受限問(wèn)題。

6、r>　　 為了在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中提供節(jié)點(diǎn)之間的快速認(rèn)證，提出了一種基于ID的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰分配協(xié)議。該協(xié)議利用傳感器節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)，采用雙線性映射方法在密鑰協(xié)商過(guò)程中同步實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的身份認(rèn)證。由于節(jié)點(diǎn)間的認(rèn)證是基于身份標(biāo)識(shí)的，不需要傳輸公鑰證書(shū)，從而在增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性的同時(shí)降低了傳感器節(jié)點(diǎn)的通信開(kāi)銷。
　　 為了進(jìn)一步降低傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，對(duì)基于ID的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰分配協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。基于FFD（安全管理者節(jié)點(diǎn)）和

7、RFD（傳感器節(jié)點(diǎn)）的標(biāo)準(zhǔn)定義以及Perrig等人給出的能量模擬試驗(yàn)（通常傳感器節(jié)點(diǎn)的通信開(kāi)銷與計(jì)算開(kāi)銷相比消耗的能量較多），改進(jìn)的協(xié)議提出將傳感器節(jié)點(diǎn)上的復(fù)雜操作轉(zhuǎn)移到安全管理者節(jié)點(diǎn)一方，以降低傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算開(kāi)銷，并通過(guò)犧牲一定的計(jì)算量來(lái)?yè)Q取低通信量，以降低傳感器節(jié)點(diǎn)總的能量消耗?；谏鲜鏊枷耄倪M(jìn)的協(xié)議利用節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)在密鑰協(xié)商過(guò)程中同步實(shí)現(xiàn)了傳感器節(jié)點(diǎn)與安全管理者節(jié)點(diǎn)間的認(rèn)證，并有效降低了傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，適用于資源受限的