现有无线传感器网络随机密钥预分布方案的分析与改良

摘要

本文通过对现行比较有代表性的q-composite方案进行分析，选定了提高其门限值的改良思路，创造性的在q-composite方案中引入了多项式方法，达到了大幅度提高其门限值的目的，从而设计出了一套高安全性、高可行性的新方案。多项式方法原本不是为了无线传感器网络设计的，它的高计算复杂度不适合传感器网络，但在本方案中对其进行了改造，通过多方面的改进降低了它的计算复杂度，保留了它被俘获不超过t次就不会被破解的特性，使得它可以有效的应用在计算能力受限制的传感器网络中。具体的做法是在q-composite方案的基础上，引入二元多项式，将q-composite方案中密钥池改为二元t次多项式池，预存储的密钥环改为经过处理的二元t次多项式环，从而构建出了基于二元t次多项式的q-composite方案。此方案除了拥有传统的随机密钥预分布方案的优点外，还继承了q-composite方案在被俘节点数少时高安全性的优点，同时将q-composite方案中较低的被俘节点门限值大大提高，并同时提高了网络可支持节点数。使得该方案适合用于更高安全性要求，更大规模网络部署的环境中。 密钥预分布方案的共同弱点是在每个节点中都保留了大量与其他节点有关的秘密。当节点被俘获时，这些秘密将使敌人能够危害到其他的节点或安全通信。在保持基于二元t次多项式的q-composite方案的安全引导优势的同时，如何解决这个弱点，成为了本文的研究目标。本文采用密钥更新的方式来解决这个问题。在安全引导结束后，即开始密钥更新的过程。更新的密钥可做到两两无关，从而解决了被俘节点泄密的问题。 由此构成了一个完整的基于二元t次多项式的q-composite方案。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1无线传感器网络的发展与前景

1.1.1发展历程

1.1.2应用现状

1.1.3未来展望

1.2无线传感器网络简要技术介绍

1.2.1无线传感器网络结构

1.2.2传感器节点结构

第二章无线传感器网络的安全问题

2.1传感器网络需要解决的安全问题

2.2传感器网络的自身特点

2.3无线传感器网络安全分析

2.3.1无线传感器网络的安全隐患

2.3.2各种攻击方法与防御策略

2.4安全管理的内容

2.4.1安全密钥的建立过程

2.4.2安全连通性

第三章现有随机密钥模型综述及评价

3.1随机密钥模型的评价方法

3.2预共享密钥模型

3.3随机密钥预分布模型

3.3.1基本的随机密钥预分布模型

3.3.2 q-composite随机密钥预分布模型

3.3.3多路密钥增强模型

3.3.4随机密钥对模型

3.3.5用多项式方法解决密钥预分布问题

第四章基于二元多项式池的q-composite随机密钥预分布方案

4.1基本思想

4.2fnew的特性

4.3连通性分析

4.3.1任意2节点，有i个多项式相同的概率p(i)

4.3.2任意2邻居节点，能建立安全连通的概率

4.3.3任意节点，能在邻居中至少建立一条安全连通的概率

4.3.4增强连通性方案

4.4安全性分析

4.4.1任意一个多项式被俘获的概率

4.4.2任意一条安全通信链路被俘获的概率

4.5支持最大节点数

4.6密钥更新

第五章模拟计算器

5.1模拟器外观：

5.2模拟器使用的函数

5.3使用说明

第六章总结

致谢

参考文献

个人简历