无线传感器网络混合密钥管理与入侵检测研究

摘要

无线传感器网络是由很多传感器节点自组织形成的多跳感知通信网络。在无线传感器网络中包含数量众多的、低价的，具有一定的探测、计算及无线通信能力的低能耗的小型传感器节点，目前主要应用于资源勘探、安全防御、灾害检测、医疗保健、环境保护等领域，成为当今世界的研究热点。随着无线传感器网络研究的发展和在众多领域中的应用，其安全性也日益得到了越来越多的关注。
　　与传统网络相比，无线传感器网络节点具有计算性能差、能量供应受限、通信能力弱和存储空间小的特点，因此无线传感器网络对于网络机密性设计要求不同于传统网络，由于在无线传感器网络中传感器节点大多部署在无人的或易遭到损坏的环境中，所以对节点稳定性、信息的机密性及网络的可靠性有较高的需求。
　　我们针对无线传感器网络的独有特性，对无线传感器网络中存在的安全漏洞进行了阐述，归纳总结了无线传感器网络的安全需求，并着重对典型的密钥管理方案进行了分析。
　　在对组密钥和成对密钥管理方案的基础上，本文提出了一种基于组密钥和成对密钥的混合密钥分配机制。分析表明：混合密钥分配机制具有较小的计算开销和较高的抵抗入侵能力，为无线传感器网络提供了较好的安全保障。
　　最后，对无线传感器网络可能遭到的入侵攻击进行了分析，进一步提出了一种基于入侵检测概率的无线传感器网络入侵检测模型。通过分析节点探测半径、节点密度、入侵节点移动速度等参数对入侵检测概率的影响，建立了K型入侵检测模型。在能够及时发现入侵节点的前提下，降低了能耗，保持了节点的能量均衡，提高了无线传感器网络的安全性。

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第一章 绪 论

1.1 研究意义

1.2国内外研究状况

1.3研究内容与创新点

1.4论文结构

第二章 无线传感器网络安全机制分析

2.1无线传感器网络协议栈

2.2路由安全策略

2.3网络层的攻击

2.4本章小结

第三章 无线传感器网络的传统密钥管理方案

3.1预分配密钥管理方案分析

3.2随机概率密钥预分配分析

3.3 Eschenauer—Gligor随机密钥预分配方案

3.4扩展的随机密钥预分配方案

3.5密钥预分配方案安全与性能评价

第四章 一种改进的混合安全密钥管理协议

4.1改进的密钥管理协议

4.2混合的密钥协议

第五章 随机部署的入侵概率检测机制

5.1假设

5.2网络边界入侵检测

5.3区域内部入侵检测

5.4入侵检测延迟

5.5跳数期望模型

5.6结果和性能分析

5.7总结

参考文献

致谢

参与的科研项目及发表的学术论文