数字签名算法应用于无线传感器网络中的网络性能的优化研究

摘要

在无线传感器网络中，为了保证信息传输的完整性、发送者的身份认证、防止交易中的抵赖发生，需要在传感器源节点发送的数据包中加上数字签名。由于无线传感器网络中的节点在计算能力、电池容量以及存储能力上受到限制，且生成数字签名的数据量大，耗能多，因此合理选择数字签名算法，提高能量有效性，延长网络寿命成为重要问题。
　　本文介绍了现有的三种应用较为广泛的数字签名算法，包括:OTS(One-time Signature),ECDSA(Elliptic Curve Digital SignatureAlgorithm)，RSA(Rivest-Shamir-Adleman)，分析其在网络应用中的数据传输量，以及能耗情况，并进行比较，得出OTS和ECDSA算法在网络中具有更好的性能优势。
　　根据OTS和ECDSA算法各自的优势:OTS算法的每1比特数据需要消耗签字能耗为0比ECDSA算法的小，ECDSA算法每1比特数据产生的数据量比OTS算法的少。因此，在网络中同时运用OTS算法和ECDSA算法，在靠近基站的时候，选择OTS算法，在远离基站的时候，选择ECDSA算法。通过实验证明，这种方式能使得网络的网络寿命比单独使用OTS算法或者ECDSA算法时能提高将近10％。除了比较网络寿命，还从其他方面验证了混合数字签名算法时，比如:改变网络拓扑，改变网络中数字签名算法的安全级别，改变数字签名算法的签字比率，都能够使得网络的寿命相对于单独采用OTS算法或者ECDSA算法时提高将近10％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究现状

1．1．1 无线传感器网络的发展背景

1．1．2 数字签名技术的发展背景

1．2 课题的主要研究目的与意义

1．3 论文的主要研究内容和成果

1．4 论文的篇章结构

2 无线传感器网络与数字签名

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感器网络的概念

2．1．2 无线传感器网络的特点及应用

2．1．3 无线传感器网络的分类

2．2 无线传感器网络的关键问题分析

2．2．1 能量消耗问题

2．2．2 安全通信问题

2．3 数字签名技术的介绍

2．3．1 数字签名的概念

2．3．2 数字签名的原理

2．3．3 数字签名的特点与功能

2．4 数字签名算法在网络中的应用

2．4．1 RSA数字签名算法

2．4．2 ECDSA数字签名算法

2．4．3 OTS数字签名算法

2．5 本章小结

3 基于数字签名网络的研究

3．1 算法说明

3．2 系统模型

3．2．1 网络模型

3．2．2 数字签名算法模型

3．2．3 节点能耗模型

3．3 性能分析

3．3．1 网络中不同区域节点的数据量计算

3．3．2 网络中不同区域节点的能量消耗计算

3．3．3 网络中最佳传输半径计算

3．4 本章小结

4 混合数字签名算法在无线传感器网络中的优化

4．1 问题陈述

4．2 混合两种数字签名算法的研究

4．2．1 原理分析

4．2．2 性能分析

4．2．3 采用混合签名算法的最佳混合半径计算

4．3 实验仿真

4．4 改变网络拓扑

4．5 改变安全级别

4．6 改变签字比率

4．7 本章小结

5 工作总结及研究展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢