无线传感器网络密钥更新方案的研究

摘要

随着无线传感技术、低功耗电子和射频技术的进步，无线传感器网络成为当前最为活跃的多学科交叉的新兴研究领域之一，涉及多项前沿科学理论和先进技术，具有巨大的发展潜力和重要的科学研究意义。由于传感器节点本身拥有的资源有限，且传感器节点一般部署在恶劣甚至敌对环境中，易于被攻击者俘获，因此无线传感器网络安全问题极具挑战性。迄今已提出的多种方案或协议都各有特色，但也存在一些问题，比如节点孤立和预分配密钥的浪费、预共享密钥泄漏问题、密钥更新问题受到忽视或无力解决等。
　　 本文针对当前无线传感器网络密钥更新技术存在的安全隐患，提出了一种基于代码片段的密钥更新方案CSKU(Code Slice based KeyUpdate Scheme for WSNs)。CSKU首先为传感器节点预分配初始密钥以及代码片段，相邻节点之间通过交换代码片段获得相同的代码片段集，然后利用代码片段集所组成的更新程序完成密钥更新。理论分析表明，CSKU不仅安全性能高，同时具有计算、通讯开销低的特点，完全支持大规模无线传感器网络。为了解决CSKU中临时初始密钥泄露导致整个网络失效的问题，本文研究了无线传感器网络中随机部署模型下的密钥更新方法，提出了一种基于随机预分配的密钥更新方案RKKU(Random Keypredistribution based Key Update scheme for WSNs)。RKKU要求在部署的时候为每个节点随机预分配密钥，代码片段集和单向散列函数。RKKU通过比较密钥ID信息列表找到共享密钥，借助单向散列函数来计算节点之间的通讯密钥。与现有的密钥管理方案相比，RKKU的计算和通信负载小，密钥更新开销低，安全性能高，适合于无线传感器网络。本文最后对所做研究工作进行了总结，并阐述了无线传感器网络密钥更新方案下一步的研究思路。