基于ZigBee无线网络的安全消息传输应用研究

摘要

无线传感器网络是一项应用于信息感知和信息收集传输的技术。近年来，无线传感器网络成为通信工程、计算机科学技术和自动化学科的一个新的研究方向。但是，无线传感器网络具有网络拓扑结构灵活多变、计算速度和存储空间有限等特点，导致无线传感器网络不能有效地保证数据信息在传输中的完整性、真实性和机密性，同时现有的协议栈安全机制不足以提供安全可靠的网络传输保障。因此，本文对ZigBee网络节点特性和ZigBee通信网的安全机制进行研究和分析，寻找能够满足ZigBee应用层消息安全有效传输的实现方案。
　　本文的主要工作如下：
　　(1)针对无线传感器网络拓扑结构灵活多变和数据安全性要求较高的特点，通过研究和分析目前ZigBee协议栈框架下的安全实现机制，提出一种改进的Diffie-Hellman群组密钥协商方案以实现ZigBee网络中通信节点连接密钥的生成，保证节点间网络密钥传输的安全性。通过定时密钥协商更新过程，满足消息传输的安全性和拓扑结构变化的灵活性。
　　(2)针对现有ZigBee网络采用对称密钥体制时内存占用过多，加解密过程中密钥查找时延过大及密钥易泄漏等不足，提出采用RSA算法的非对称密钥体制ZigBee安全改进方案。节点通过预安装的方式获取主密钥，网络密钥和连接密钥通过非对称密钥体制来实现，即使用公钥和私钥。通过私钥加密和公钥解密实现网络节点对信任中心的验证；发送节点通过信任中心获取目标节点公钥，目标节点用私钥对接收消息进行解密来实现消息安全传输。目标节点只需要保存一个解密密钥，减少了查找密钥的通信时延，降低了频繁密钥传输对无线资源的占用，提高了网络利用率。
　　最后，本文通过使用CC2530通信套件搭建ZigBee网络仿真平台，对提出的应用层消息安全传输方案进行仿真验证。通过从监测串口和包嗅探器截获的数据进行分析，证明了本文所提消息安全传输方案的可行性。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2课题的研究意义

1.3本文工作安排

第二章 ZigBee协议安全体系结构

2.1 ZigBee技术

2.2主流的加密算法

2.3 ZigBee网络中的对称加密算法

2.4 ZigBee网络的安全性分析

2.5本章小结

第三章 ZigBee应用层消息安全传输方案设计

3.1引言

3.2 Diffie-Hellman群组密钥协商方案

3.3对Diffie-Hellman群组密钥协商的改进方案

3.4本章小结

第四章 基于非对称密钥体制的ZigBee安全改进

4.1引言

4.2 ZigBee安全机制

4.3 RSA加密算法在ZigBee网络应用层的应用

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1研究结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

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