無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理機(jī)制的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用于協(xié)作的探測、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知的信息，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。安全問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基本問題，也是當(dāng)前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的安全技術(shù)主要包括安全路由技術(shù)、安全組通信技術(shù)、認(rèn)證技術(shù)以及密鑰管理技術(shù)。組通信使消息在網(wǎng)絡(luò)中高效傳輸，是提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的一種重要通信方式，而安全組通信需要組密鑰管理技術(shù)的支持。然而由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、內(nèi)

2、存容量、電能限制以及網(wǎng)絡(luò)的帶寬、無線傳輸能力等等的限制，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的組密鑰管理面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的組密鑰管理問題具有重要的意義。 本文首先對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其安全問題進(jìn)行了全面的概述，然后介紹了傳感器網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理方案需要解決的問題和面臨的困難，并根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全需求，利用一些評價(jià)指標(biāo)對現(xiàn)有的幾種傳感器網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理方案進(jìn)行了分析和比較。 為了降低網(wǎng)絡(luò)的開銷，本文基于邏輯

3、密鑰樹結(jié)構(gòu)和門限秘密共享機(jī)制，首先提出了一種層組式組密鑰管理方案。在該方案中，基于邏輯密鑰樹的層組式結(jié)構(gòu)有效的分散了密鑰的存儲量和計(jì)算量，既避免了集中式組密鑰管理組控制節(jié)點(diǎn)的存儲和計(jì)算瓶頸問題，又克服了分布式組密鑰管理缺乏集中控制的缺陷。但在同層中組節(jié)點(diǎn)之間通過密鑰協(xié)商算法獲取新的組密鑰，其計(jì)算開銷很大，而且組密鑰的發(fā)送是通過樹形鏈路進(jìn)行的，因此其廣播量、存儲量及通信開銷依然很大，同時(shí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或被捕獲時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的組

4、密鑰更新將受到嚴(yán)重影響甚至無法更新成而為孤立節(jié)點(diǎn)。針對邏輯密鑰樹結(jié)構(gòu)的層組式方案的不足，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的LEACH分層協(xié)議，本文提出了一種改進(jìn)的層組式組密鑰管理方案。與上述方案不同的是，改進(jìn)方案在組密鑰更新時(shí)，只有簇頭進(jìn)行本地協(xié)作操作生成新的組密鑰并通過安全路徑分發(fā)給其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)組密鑰的安全分發(fā)，改進(jìn)方案采用層次密鑰生成算法用于簇頭與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的安全通信。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)方案在具有相同的安全性的同時(shí)，解決了孤立節(jié)