一种新颖的分簇同构无线传感器网络密钥管理方案

摘要

无线传感器网络是由大量分布在特定区域的无线传感器节点组成的，这些节点能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，传送到用户，具有无线通信、传感、数据处理的能力，并以自组织方式组成无线网络。因此，无线传感器网络可以应用于环境、军事、交通、家庭、医疗等各个方面，具有非常广阔的应用前景。
　　通信安全是无线传感器网络最基本的一项服务，由于传感器节点一般都被布置在恶劣环境、无人区域或者敌方阵营中，加上无线传感器网络本身固有的脆弱性，保证其安全性更是应优先考虑的问题。无线传感器网络除了具有一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威胁外，还面临传感器节点容易被攻击者物理操纵，并获取存储在传感器节点中的所有信息，从而控制部分网络的威胁。无线传感器网络的安全方案中，加密技术是基础，核心则是密钥管理。因此，密钥是安全通信的基本保障，有效的密钥管理机制对于增强网络的安全性至关重要。
　　本文首先对无线传感器网络的发展历史、应用背景、体系结构进行了简要描述，分析了无线传感器网络所面临的安全问题。密钥管理问题是本文重点研究的对象。本文详细介绍了无线传感器网络环境下密钥管理的性能指标，以及几种目前广泛研究的密钥分配机制，包括基于KDC的密钥分配机制、基于随机概率的密钥预分配机制、基于公钥密码的密钥协商机制以及基于分簇式的密钥管理机制等。给出了这几种机制下的典型方案，并对各种方案的设计思想以及它们的性能进行了分析。在此基础上，本文提出了一种基于混沌函数和椭圆曲线的分簇同构无线传感器网络密钥管理方案，并且对各种密钥的建立与分配过程做了详细的描述。通过仿真实验和理论分析，验证了该方案在连通率、抗俘获性、可扩展性等方面都比现有的密钥管理方案有很大的提高，更适合于大规模的无线传感器网络。

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第一章 绪论

1.1 选题的背景

1.2 国内外研究状况和进展

1.3 本文所做的工作

1.4 章节安排

第二章 无线传感器网络安全概述

2.1 无线传感器网络体系结构

2.2 无线传感器网络的特点

2.3 无线传感器网络安全的限制因素及安全目标

2.4 针对无线传感器网络的攻击、威胁及防范措施

2.5 本章小结

第三章 典型的无线传感器网络密钥管理方案

3.1 无线传感器网络密钥管理的安全需求和性能评价指标

3.2 基于对称密钥体制的密钥管理方案

3.3 基于分簇式的密钥管理方案

3.4 基于公钥机制的密钥管理方案

3.5 本章小结

第四章 基于混沌函数和椭圆曲线的分簇同构密钥管理方案

4.1 背景知识

4.2 密钥建立

4.3 密钥的更新与回收

4.4 性能分析与仿真

4.5 本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

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