WSN中基于恶意节点检测的多路径安全路由协议研究

摘要

随着硬件技术的发展，无线传感器网络得到了越来越广泛的应用。但是开放的网络环境、动态的拓扑结构以及有限的能量和带宽，使无线传感器网络面临巨大的安全挑战。恶意节点能够轻易地监听、拦截或篡改数据包，并针对带宽或节点发起DoS攻击。对路由信息的攻击可能导致通信无法建立，严重影响网络性能，甚至使整个网络瘫痪。如何建立安全的路由已经成为无线传感器网络安全问题研究中的重中之重。
　　 本文研究了平面型网络的路由安全问题，并对现有的安全路由协议进行分析，在此基础上提出了一种基于恶意节点检测的多路径安全路由协议(MDMP Malicious nodeDetect and Multipath)。新协议在路由发现阶段采用节点协商机制，发现并隔离恶意节点，同时使用黑名单机制和cache机制，剔除恶意节点的影响并避免对相同数据重复处理，达到节省能量的目的。新协议隐藏路由信息，使用冗余路径增强协议的安全性，同时引进双队列机制以降低延迟，具有更好的安全性和网络性能。MDMP协议采用预置密钥技术，通信的安全性是通过计算得出的通信密钥来保证的。
　　 本文首先简要介绍无线传感器网络的概念，及其路由的安全需求和攻击模型，并分析了现有路由协议在安全性上的优缺点。随后给出密码学在无线传感器网络中的应用情况。最后提出基于恶意节点检测的多路径安全路由协议的基本思想和具体实现，分析其可行性和性能，并在OMNeT++上对协议进行模拟。通过对实验数据的分析，得出协议在连通性，安全性和能量消耗上的优缺点。实验结果表明，MDMP协议通过较少的能耗，使得网络的安全性有很大提高。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 无线传感器网络概述

1.1.1 无线传感器网络的特点

1.1.2 无线传感器网络的应用

1.1.3 无线传感器网络的结构及协议栈

1.1.4 研究现状及热点

1.2 研究目的和意义

1.3 论文的组织结构

第2章 无线传感器网络的路由安全问题

2.1 安全需求

2.2 攻击模型

2.3 无线传感器网络中的密钥管理

2.3.1 密码学知识简介

2.3.2 无线传感器网络中密钥管理的目标

2.3.3 无线传感器网络中的密钥预分配方案

2.4 无线传感器网络路由协议简介及其安全性分析

2.4.1 分簇路由协议

2.4.2 平面路由协议

2.4.3 总结

2.5 无线传感器网络安全路由协议的研究现状

2.5.1 典型安全路由协议分析

2.5.2 基于恶意节点检测的路由协议分析

2.5.3 总结

第3章 MDMP协议的设计思想

3.1 设计目标及主要思想

3.2 随机密钥预分配方案

3.2.1 密钥预分配阶段

3.2.2 共享密钥发现阶段

3.2.3 共享密钥的撤销与更新

3.3 恶意节点检测

3.4 多路径传输

3.5 延迟控制

第4章 MDMP协议的详细设计与实现

4.1 MDMP协议设计的基础及假设条件

4.1.1 无线能量模型

4.1.2 无线信道传输模型

4.1.3 假设条件

4.2 MDMP协议流程与框架

4.2.1 MDMP协议流程

4.2.2 MDMP协议框架

4.3 MDMP协议中的数据结构

4.3.1 邻居节点表

4.3.2 黑名单

4.3.3 缓存cache

4.4 MDMP协议中的包格式

4.5 双队列机制

4.6 恶意节点检测算法

4.7 MDMP协议实现过程

第5章 协议的模拟与评价

5.1 模拟环境

5.1.1 OMNeT++组成

5.1.2 OMNeT++结构

5.2 模拟过程

5.2.1 模拟场景

5.2.2 模拟参数

5.3 性能评价

5.3.1 理论分析

5.3.2 实验结果分析

第6章 总 结

6.1 工作总结

6.2 进一步的工作

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和参加的项目