基于LU矩陣的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配算法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，是由大量資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)以Ad hoc方式構(gòu)成的自組織多跳無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、分布式處理和通信等技術(shù)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同操作，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息并處理和傳送到目的節(jié)點(diǎn)。通信安全是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的一項(xiàng)服務(wù)，特別是節(jié)點(diǎn)被部署在無(wú)人觸及、容易受損或被俘獲的環(huán)境時(shí)，保證其安全性更是應(yīng)優(yōu)先考慮的問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了具有一般無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、

2、拒絕服務(wù)等多種威脅外，還面臨傳感器節(jié)點(diǎn)容易被攻擊者物理操縱，并獲取存儲(chǔ)在傳感器節(jié)點(diǎn)中的所有信息，從而控制部分網(wǎng)絡(luò)的威脅。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全方案中，加密技術(shù)是基礎(chǔ)，核心則是密鑰管理。在低成本、低功耗、資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)上現(xiàn)實(shí)可行的密鑰分配方案是基于對(duì)稱(chēng)密碼體制的密鑰預(yù)分配方案，主要分為隨機(jī)型和確定型兩種方案。隨機(jī)預(yù)分配方案中，節(jié)點(diǎn)保存密鑰環(huán)，節(jié)點(diǎn)間通過(guò)直接連通和間接連通這兩種形式達(dá)到一定概率的連通性。其優(yōu)點(diǎn)是分配方法簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)間

3、不能保證安全連通，連通概率與節(jié)點(diǎn)密鑰存儲(chǔ)量、抗毀能力成反比。確定預(yù)分配方案中，節(jié)點(diǎn)保存密鑰構(gòu)造信息，動(dòng)態(tài)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的共享密鑰。其優(yōu)點(diǎn)是任意節(jié)點(diǎn)間可建立直接安全通信，缺點(diǎn)是密鑰協(xié)商的通信和計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)較大。 矩陣方案和多項(xiàng)式方案是兩種常見(jiàn)的確定預(yù)分配方案。本文專(zhuān)注于確定預(yù)分配方案的算法研究，分析了結(jié)合LU矩陣分解和多項(xiàng)式的方案，針對(duì)其不足之處，利用LU矩陣的特性并考慮在多維空間中加以擴(kuò)展，提出了四種改進(jìn)方案。 對(duì)稱(chēng)矩陣的分解

4、計(jì)算中，除了通常的LU乘積形式(其中L為下三角矩陣，U為上三角矩陣)以外，還包括一種變化形式LDL T乘積形式(其中D為對(duì)角線矩陣，DL T相當(dāng)于上三角矩陣U)。在參照范德蒙德矩陣形式構(gòu)造了L矩陣的基礎(chǔ)上，本文首先在一維密鑰空間中提出了基于LU矩陣(U=DL T)和基于AB矩陣(AB=B TA T，BT=L，A T=L'DL'TLT)的兩種改進(jìn)方案。隨后將這兩種方案擴(kuò)展到多維空間，提出了多維LU矩陣以及多維AB矩陣的兩種相應(yīng)方案。計(jì)算結(jié)