基于节点部署信息的WSN密钥管理机制研究

摘要

无线传感器网络是由大量的电源能量极其有限、存储能力和数据处理能力比较弱、无线通信范围受限的微型节点通过自组织的方式形成的网络，已经广泛应用于生活中的各个领域，其安全问题不容忽视。其中密钥管理是首要解决的问题，也是保证节点之间安全传输数据的关键。 随机预分配是目前普遍采用的密钥分配机制，其中基于节点部署信息的密钥预分配是已经被人们认可的一种密钥分配机制。目前提出的基于节点部署信息的密钥预分配方案大都是把节点分组进行管理，但是都不能达到组内节点和组间节点相同的连通性，而且内存的占用量比较大，网络的内存使用量和网络的安全性之间存在矛盾，有些方案的网络可扩展性不强，不适合于大规模的网络。 鉴于现有密钥管理机制的不足，本文做了一下工作： 一、基于密钥预分配思想，提出了密钥函数链预分配机制。邻居节点间通过共享的两个密钥函数计算出它们之间的共享密钥，在信息的传送过程中运用了椭圆曲线中上的双线性对的性质对消息进行加解密运算，实现了消息和节点的认证功能，防止了信息的篡改和节点伪造攻击。 二、给出了组与组之间临界节点的判定方法。每个节点根据自己所覆盖的区域精简自身的密钥函数链的数量，这样既不影响网络的连通性，又减少节点的内存使用量。 三、利用正六边形对目标区域进行划分，这样不仅使节点上预分配的密钥函数链的数量减少，还实现了用少量的节点就可以达到区域的无缝覆盖。通过仿真实验证明，该方案能减少节点的内存使用量，保证了组内节点和组问节点相同的连通性，提高了网络的可扩展性，并减少了节点的能量消耗。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文组织结构

第2章 无线传感器网络的安全问题

2.1体系结构

2.1.1网络结构

2.1.2节点组成

2.2常见攻击方式和防御技术

2.2.1物理层的攻击方式

2.2.2链路层的攻击方式

2.2.3网络层的攻击方式

2.2.4针对不同攻击的防御技术

2.3安全需求

本章小结

第3章无线传感器网络的密钥管理

3.1密钥管理概述

3.2密钥管理的评价标准

3.3几种典型的密钥管理机制分析

3.3.1预置全局密钥

3.3.2预置所有对密钥

3.3.3预置主密钥

3.3.4随机密钥预分配

本章小结

第4章基于节点部署信息的WSN密钥管理机制

4.1密钥管理方案概要

4.1.1网络环境和节点类型假设

4.1.2符号说明

4.2密钥管理方案设计

4.2.1方案的基本思想

4.2.2目标区域划分形状的选取

4.2.3临界节点的判断方法

4.2.4密钥预分配阶段

4.2.5通信密钥的建立及实现阶段

本章小结

第5章性能评估及仿真验证

5.1仿真环境设置

5.2能量模型建立

5.3性能分析

5.3.1网络连通性分析

5.3.2网络的抗攻击能力分析

5.3.3通信耗费和节点的内存需求分析

5.3.4网络的规模和可扩展性分析

本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间完成的论文及参加的科研项目