无线传感器网络密钥预分配方案研究

摘要

无线传感器网络发展至今，已应用于很多领域，其安全性也随着无线传感器网络的广泛应用而越来越受到重视，只有保证了网络的安全性，才能保证信息的正确、不被窃取。无线传感器网络经历了很长时间的发展，现在仍然面临很多安全问题，比如传感器节点能量受限、网络无线通信易受干扰、网络的脆弱性，需要采取有效的应对措施。密钥管理包含于加密技术中，是无线传感器网络应对安全问题时常用的一种安全机制，一直是一个研究的热点。 本文研究了三环圆形域中最佳的数据传输方式，并基于此提出了一个基于二元对称多项式的随机密钥预分配方案，在基站生成密钥池，包含一定数量的二元对称多项式和对应的标识符，每一跳节点中存储相同数量的多项式，其中一定数量的多项式是由上一跳节点从自身存储的多项式中选择的，另一部分多项式则是从密钥池中选择的，节点通信时的会话密钥由单向不可逆的哈希函数来生成，这样既可以与其他节点建立安全通信，又能保证每个节点存储密钥是不尽相同的，增加了网络的安全性。 本文研究的主要内容： (1)在研究能量黑洞现象根源后，分析三环圆形域中，传感器发射功率可调的情况下的最佳的数据传输方式，并基于这种方式提出一种密钥管理方案。 (2)确定密钥管理方案的各个重要参数，包括基站密钥池中密钥的总个数、每个传感器需要存储的多项式个数、两个传感器建立安全通信需要的最少相同多项式的个数等。 (3)在安全性、节能性、连通性和可扩展性等方面分析了本文提出的密钥管理方案。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2国内外研究历史与现状

1.3 本文的研究内容

1.4 本论文的章节安排

第二章 无线传感器网络安全基础

2.1 WSN网络概论

2.1.1 WSN网络能量均衡问题

2.1.2 WSN网络安全问题

2.2 WSN密钥管理方案性能评估

2.3 基于对称密码体制的方案

2.3.1基于密钥分配中心方式

2.3.2基于预分配方式

2.3.3基于分组分簇的方式

2.4 经典方案的性能分析

2.5 本章小结

第三章 发射功率可调的WSN数据传输方式

3.1 问题概述

3.2 环半径可调的情况分析

3.2.1 仿真分析

3.3 环半径不可调、通信半径不可调的情况分析

3.4 环半径可调、通信半径可调的情况分析

3.4.1 仿真分析

3.5 通信半径可调的情况分析

3.5.1 仿真分析

3.6 综合分析

3.7 本章小结

第四章 密钥管理方案的提出

4.1关键理论和符号说明

4.1.1 二元对称多项式

4.1.2 节点深度

4.1.3 符号说明

4.2 密钥管理方案详述

4.2.1 本文方案流程图

4.2.2 本文方案三个阶段

4.3 本章小结

第五章 方案仿真模型搭建与结果分析

5.1 仿真假设

5.2 监测区域

5.3 连通性分析

5.3.1连通性仿真分析

5.4 能耗分析

5.4.1 存储能耗分析

5.4.2初始化能耗分析

5.4.3会话密钥建立能耗分析

5.4.4通信能耗分析

5.5 安全性分析

5.5.1 穷举攻击

5.5.2重构攻击

5.6 可扩展性分析

5.7 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果