具有可证明安全性的无线传感器网络路由协议研究

摘要

路由是无线传感器网络的一项基本功能，针对路由的攻击可能会导致服务质量的降低或者彻底瘫痪。但近年来提出的各种传感器网络路由协议都没有考虑安全性问题，造成这种状况的一个重要原因就是现在人们对传感器网络安全路由协议的设计原则的理解并不充分，缺乏科学的理论作为指导。于是就有人提出了采用基于严格数学方法的证明技术来解决以上问题。本文基于SPIN路由协议进行了改进，在此基础上提出了一种名为S-SPIN(Secure-SPIN)的具有可证明安全性的新协议。 本文的重点是提高协议的安全性，选择了消息认证码(MAC)作为主要的安全机制，以此来保证消息的正确性和完整性，为了适应加入安全机制的需要，对消息的格式和发送方式进行了修改。同时设计了一套能耗优化机制，从而尽可能的减少加入安全机制后增加的通信开销，以便更好地适应无线传感器网络环境。通过分析，证明我们设计的能耗优化机制确实可以大幅度的减少通信开销，延长节点寿命。 为了验证S-SPIN协议的安全性，我们使用了Acs， Buttyan和Vajda提出的一个用于无线传感器网络路由协议的形式化模型(ABV模型)。ABV模型不但在数学上很严格，而且有很好的灵活性，同时易于理解和使用。我们利用这个模型，根据S-SPIN协议的实际情况进行了摸索，提出了一套严格的证明过程，最后证明只要MAC机制能抵抗存在性伪造攻击，S-SPIN协议就是安全的。

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究综述

1.3本文完成的主要工作

1.4本文的内容结构

第2章无线传感器网络安全路由概述

2.1无线传感器网络的协议框架

2.2无线传感器网络典型路由协议

2.2.1 Flooding

2.2.3 Directed Diffusion

2.2.4 LEACH

2.2.5 PEGASIS和Hierarchical-PEGASIS

2.2.6TEEN和APTEEN

2.2.7无线传感器网络路由协议未来的研究方向

2.3无线传感器网络路由安全技术

2.4小结

第3章对SPIN路由协议的改进

3.1引言

3.2 SPIN协议

3.2 S-SPIN路由协议

3.2.1 ADV阶段

3.2.2 REQ阶段

3.2.3 DATA阶段

3.2.4 S-SPIN协议的能耗优化机制

3.2.5对S-SPIN协议能耗的分析

3.3小结

第4章对S-SPIN协议的可证明安全性分析

4.1可证明安全性理论简介

4.2 ABV模型

4.2.1敌手模型

4.2.2静态模型

4.2.3安全目标函数

4.2.4动态模型

4.2.5安全路由的定义

4.3安全性证明

4.4小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录