一种改进的传感器网络分组密钥预分配方案

摘要

无线传感器网络是由大量微型传感器节点构成的分布式网络系统。这种网络系统可以广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。有必要通过加密技术来保障传感器网络通信过程中传输数据的完整性和准确性。然而，传统的相对于第三方服务器管理密钥方案和基于公钥的密钥管理方案都不适合传感器网络，目前普遍采用的是适合传感器网络特点的密钥预分配管理方案。现有的密钥预分配方案大多存在连通率低，抗捕获性差，不具备可扩展性等缺点，基于上述原因，本文提出了一种改进的分组密钥预分配方案IGDKPS(improved key-predistributionscheme based on group deployment)。
　　 首先，本文对典型随机型密钥预分配方案和基于区组设计的确定型密钥预分配方案进行了研究和分析，并对同构分组密钥预分配方案的实现方式和性能进行了论述。
　　 其次，基于分组密钥预分配思想，本文对TD(k，n)方案作出了适当的改进，设计出一种可解析的TD(k，n)方案。引入Blundo二元对称多项式加密方案，并结合提出的可解析TD(k，n)方案，进一步提出了一种改进的传感器网络分组密钥预分配方案。
　　 最后，理论分析和仿真实验结果表明，与其他密钥预分配方案相比，本文提出的IGDKPS方案具有以下特点：
　　 (1)IGDKPS方案具有较高的安全连通率。方案可以显著地提高传感器网络的整体连通率，并使传感器网络组内节点连通率和组间节点的连通率达到一个平衡的状态。(2)IGDKPS方案具备良好的抗捕获性。即使在被捕获节点数量较多的情况下，IGDKPS方案仍然能表现出比其他密钥预分配方案优秀的抗捕获性。(3)IGDKPS方案具有灵活性。由于方案中的参数可变，因此IGDKPS方案可以根据实际传感器节点的存储能力，对网络的连通率和抗捕获性做出相应的调整。