異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理方案研究.pdf

1、與應用密切相關(guān)的傳感網(wǎng),自提出以來就得到了學術(shù)界、工業(yè)界及軍政各界的廣泛關(guān)注。在早期的傳感網(wǎng)密鑰管理方案研究中,一般都假設傳感器節(jié)點是低功耗的、無差異的,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡協(xié)議也是同構(gòu)的。然而,這種狹義的同構(gòu)性假設,制約了研究者學術(shù)思想的創(chuàng)新,限制了公鑰密碼體制、身份基加密、屬性基加密等密碼理論和信息安全技術(shù)的應用,進而使得傳感網(wǎng)密鑰管理問題無法從根本上得到解決。在很多應用環(huán)境中,傳感器節(jié)點是可以有、也應該有差別的。網(wǎng)絡本身,無論是數(shù)據(jù)鏈路

2、層、網(wǎng)絡層、傳輸層、應用層,也是有差別的,特別是當傳感網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層而存在時,異構(gòu)性更是傳感網(wǎng)的基本屬性。因此,必須充分利用傳感網(wǎng)中客觀存在的異構(gòu)性,指導實用化的、與應用場景相關(guān)的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理方案設計。
　　本文緊緊圍繞“異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理方案研究”這一核心問題,從身份認證到身份加密、從單網(wǎng)到多網(wǎng)、從分層到跨層,多角度分層次逐步展開研究,設計若干實用、安全、高效的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理方案。本文的研究受到國家自然科學基金“異

3、構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理機制研究”(項目編號:61170241)、網(wǎng)絡與交換技術(shù)國家重點實驗室開放課題“異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡密鑰管理”(項目編號:SKLNST-2009-1-10)和哈爾濱工程大學自然科學基金培育項目“異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理機制研究”的資助。研究成果主要包括以下內(nèi)容:
　　1.以傳感網(wǎng)為切入點,以身份認證與密鑰協(xié)商為研究內(nèi)容,以集合論為理論基礎,以單向累加器為技術(shù)支撐,分別設計基于單向累加器的傳感網(wǎng)密鑰管理方案和基于快速單向

4、累加器的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理方案。實驗分析表明兩個方案不但具有身份認證功能,而且具有連通性高、存儲需求恒定和易擴展特性。
　　2.與分布式路由相結(jié)合提出基于身份的異構(gòu)傳感密鑰管理方案。所提方案通過與分布式路由相結(jié)合,有效降低通信負載、提高網(wǎng)絡自適應能力。在密鑰協(xié)商過程中,利用身份基加密在減少節(jié)點存儲需求、實現(xiàn)消息認證的同時,提高密鑰協(xié)商效率。對比分析實驗表明,所提方案具有較低的存儲需求、通信能耗、較好的安全性與自適應性。
　　

5、3.提出基于多域身份基加密的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理方案。所提方案拓展了異構(gòu)傳感網(wǎng)異構(gòu)性研究范圍,將多域身份基加密中的一個域可類比于一個異構(gòu)傳感網(wǎng),使得網(wǎng)內(nèi)通信和網(wǎng)間通信有效融合,解決了網(wǎng)內(nèi)通信和網(wǎng)間通信問題。實驗分析表明與所提方案具有較高的安全性,可以有效抵抗節(jié)點俘獲攻擊;較低的存儲需求、恒定的連通性和高效的計算效率;適用于軍用信息監(jiān)測等安全需求較高的環(huán)境中。
　　4.提出基于E-G方案的異構(gòu)傳感網(wǎng)跨層密鑰管理方案。所提方案與E-G方