基于代密钥环分裂的无线传感器网络密钥管理方案研究

摘要

无线传感器网络需要面临各种各样的安全威胁，如节点暴露在不安全的环境中时易被俘获;采用无线电信号传播时易被截获等。因此网络安全问题是无线传感器网络中的一个重要研究方向。本文针对网络安全中的密钥管理方面进行了深入研究，并提出了多相无线传感器网络中基于代密钥环分裂的随机密钥分配方案和基于蜂窝模型的密钥分配方案。 本文重点对随机密钥预分配方案和基于部署知识的密钥预分配方案进行了研究和分析。随机密钥预分配方案因为具有节点占用的存储空间小，网络的扩展性好，支持大规模的网络，被俘节点的影响范围小，网络安全性较高等优点成为当前密钥管理问题的主要研究方向。而基于部署知识的密钥预分配方案对部署区域进行分组，同时也对密钥池进行分组，增大了邻居节点间的安全连通概率，从而在很大程度上提高了整个网络的安全连通概率。由于有这些优点，基于部署知识的密钥预分配方案逐渐成为一种新兴的无线传感器网络的密钥管理技术。 本文在E-G方案的基础上，基于多相无线传感器网络，结合哈希函数，提出了GKR(Generation Key Ring，以下简称GKR)方案。该方案中，节点以代的形式部署到环境中，每一代节点都有自己的代密钥环，节点的代密钥环分裂为多个子部分，一个子部分留作当前代密钥，余下的留作与他代通信的代密钥。任意两个节点需要通信时，必须在代所在的范围内建立通信密钥。接着分析了基于部署知识的分组模型，改进了正六边形的分组模型，将部署区域分为中心区域和边缘区域，中心区域所对应的子密钥池由基站密钥池直接分配密钥，边缘区域所对应的子密钥池由其周边四个中心区域所对应的子密钥池分配密钥。该方案OEH(Odd Even Hash，简称OEH)简化了划分子密钥池的复杂性，增大了相邻部署区域间的安全连通概率。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2研究目的和意义

1．3无线传感器网络简介

1．3．1无线传感器网络的组成

1．3．2无线传感器网络的特点

1．3．3无线传感器网络安全

1．4本文主要工作

1．5论文的组织结构

第2章无线传感器网络密钥管理方案相关技术

2．1密钥管理方案的分类

2．2典型无线传感器网络密钥管理方案

2．2．1基于密钥分发中心分配方案

2．2．2预置全局密钥和N-1密钥方案

2．2．3随机密钥预分配方案

2．2．4 q-composite随机密钥预分配方案

2．2．5 Blundo多项式密钥预分配方案及改进

2．2．6 Blom矩阵密钥预分配方案及改进

2．2．7基于部署知识的密钥预分配方案

2．3方案评估指标

2．4本章小结

第3章无线传感器网络密钥分配方案分析

3．1密钥分配网络模型

3．1．1网络模型分析

3．1．2单相及多相无线传感器网络密钥分配的特点

3．2随机密钥预分配方案及性能分析

3．3基于部署知识的分组模型

3．4本章小结

第4章多相无线传感器网络密钥分配方案设计

4．1哈希函数

4．2基于节点代密钥环分裂的密钥分配方案

4．3 GKR方案的性能分析与仿真

4．4本章小结

第5章单相无线传感器网络密钥分配方案设计

5．1部署知识和蜂窝模型

5．2子密钥池的生成

5．3 OEH方案设计

5．4 OEH方案的性能分析与仿真

5．5本章小结

6．1研究工作总结

6．2研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果