基于无线传感网络的混合密钥管理机制研究

摘要

近些年来，伴随着微电子技术和无线通信技术的高速发展，以及物联网技术的兴起，无线传感网络技术也越来越受到人们的密切关注。其应用范围也愈加广泛，涉及了环境监测、智能家居、远程医疗甚至交通管理等各个方面。自问世至今，一直是国内外研究人员的关注焦点。无线传感网络作为物联网技术的重要组成部分之一，对其的探索具有重要的理论研究意义和极大的应用价值。目前无线传感网络的理论研究和相应的技术发展已经到达了一定的层次，随着应用范围的加大其安全问题就显得非常重要。
　　 本文针对无线传感网络的安全问题进行了研究，查阅了国内外相关的文献资料。由于无线传感网络自身特点的限制，其能量、存储空间以及计算上是严格受限的。无线传感网络的特殊性，注定在网络中可能面临各种安全威胁，安全方案的设计是一项具有挑战的工作。为了抵御安全攻击和威胁，保证网络安全可靠的工作，网络在安全方面具有较高的需求。目前对无线传感网络安全问题的研究大致可分为三个方向：加密算法、密钥管理、安全路由。
　　 本文从无线传感网络的密钥管理机制入手进行了相关的研究。目前密钥管理的研究可以分为两类：一类是以KDC方案和随机密钥预分配机制为代表的对称密钥管理机制；另一类是以椭圆曲线加密算法为代表的非对称密钥管理机制。本文针对两类机制的优缺点提出了一种具有双簇头的混合密钥管理机制：在分簇结构的基础上提出了一种混合密钥管理方案，利用非对称密钥来辅助分发对称密钥。传统的基于簇结构的网络中，一旦簇头节点被俘或者失效会导致簇内出现群龙无首的局面，为此本方案在簇内设置了一个备用簇头，专门负责簇内节点的安全。备用簇头的出现，能有效防止因簇头失效导致簇内节点无法正常工作的情况，保证了各簇的稳定工作，同时也可以提高簇头更新的效率。与随机密钥预分配方案相比本方案在存储消耗、弹性和能量消耗方面具有明显的优势。

目录

第1章 绪论

1.1 课题的背景与研究意义

1.2 国内外同类课题研究现状及发展趋势

1.3 本文的主要研究内容及结构安排

第2章 无线传感器网络的安全问题

2.1 无线传感器网络的特征

2.2 无线传感器网络安全的分析

2.2.1 无线传感器网络中的安全攻击与威胁

2.2.2 无线传感器网络的安全需求

2.3 无线传感器网络安全研究分类

2.4 本章小结

第3章 无线传感器网络的密钥管理方案

3.1 基于对称密钥机制的管理方案

3.1.1 基于KDC的密钥分配方式

3.1.2 随机密钥预分配方式

3.2 基于非对称密钥机制的管理方案

3.2.1 椭圆曲线的相关概念

3.2.2 基于ECC的密钥管理方案

3.2.3 算法的安全性分析

3.2.4 基于身份加密的密钥管理方案

3.3 密钥管理方案的评价指标

3.4 本章小结

第4章 基于双簇头结构的混合管理机制

4.1 方案概述

4.1.1 方案假设

4.1.2 方案中符号说明

4.1.3 本方案的目标

4.2 方案设计

4.2.1 方案的基本思路

4.2.2 网络的初始化

4.2.3 节点的注册

4.2.4 密钥建立过程

4.2.5 簇内成员的动态管理

4.2.6 簇头节点的选举

4.3 本章小结

第5章 方案性能分析

5.1 安全连通性

5.2 存储消耗

5.3 弹性分析

5.4 能量消耗

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位论文期间发表的学术论文

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