无线传感器网络上基于椭圆曲线密码的认证方案设计与实现

摘要

随着无线通信、电子和微机系统等技术的发展和日益成熟，使得无线传感器网络在全世界范围内得到广泛应用。传感器网络在军事、环境监测、医疗、工业生产等领域有着广泛的应用。这些应用对数据的采集、处理和传输必须得到严格的保证，是关系到国防安全或公民生命的严重问题，这就必须保证传感器网络有一系列严格有效的安全措施。认证是网络安全中的重要问题，它是安全系统中的第一道屏障，在无线传感器网络有着十分重要的作用。 本文首先介绍了无线传感器网络的体系结构和安全现状，回顾相关的密码学理论知识，包括椭圆曲线密码体制和双线性对密码体制的理论知识。接着本文介绍了传感器网络TinyOS平台环境、nesc程序流程、椭圆曲线密码体制代码包TinyECC和Tate对代码包TinyTate。然后，本文简要介绍了认证技术及其在无线传感器网络应用现状，并提出自己的思考。 接着，基于椭圆曲线密码体制理论和TinyECC，本文设计和实现了三个基于椭圆曲线密码的身份认证方案。包括一种基于椭圆曲线公私钥对的身份认证方案、一种轻量级节点双向认证方案和一种基于ECDSA的身份认证方案。基于双线性映射对理论和TinyTate，本文设计和实现了几个基于双线性映射对的身份认证方案。包括一种基于ID的身份认证方案、一种基于BLS签名的身份认证方案和一种第三方可验证的身份认证方案。本文对相关方案性能和安全性进行分析。最后，对仿真结果及在Micaz节点上的测试结果进行评估，取得了较理想的效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪 论

1.1研究背景

1.1.1无线传感器网络特点和网络结构

1.1.2无线传感器网络的安全需求

1.2研究意义

1.3国内外研究现状

1.4研究内容与论文结构

1.4.1研究内容

1.4.2论文组织

第2章椭圆曲线密码学基础

2.1椭圆曲线密码体制

2.1.1椭圆曲线基本概念

2.1.2椭圆曲线点群运算法则

2.1.3椭圆曲线离散对数问题

2.1.4椭圆曲线公钥密码体制的应用

2.2双线性对密码体制

2.2.1双线性对基本概念

2.2.2基于双线性对的困难问题

2.2.3双线性基础理论及其运算

2.3本章小结

第3章TinyOS开发环境及椭圆曲线密码库

3.1 TinyOs简介

3.2 Nesc编程语言

3.3 TinvECC库

3.4 TinyTale库

3.5本章小结

第4章面向无线传感器网络的安全认证技术

4.1基于对称密钥密码体制的认证方案

4.2基于公钥密码体制的认证方案

4.2.1基于证书的公钥认证系统

4.2.2基于身份的公钥认证系统

4.3无线传感器网络上的身份认证方案

4.4无线传感器网络上身份认证方案设计要点

4.5本章小结

第5章基于ECC的身份认证方案设计与实现

5.1方案1：基于椭圆曲线公私钥对的身份认证方案

5.1.1方案设计

5.1.2性能和安全性分析

5.1.3方案实现和结果分析

5.2方案2：轻量级节点简单双向认证方案

5.2.1方案设计

5.2.2性能和安全性分析

5.2.3方案实现和结果分析

5.3方案3：基于ECDSA的身份认证方案

5.3.1方案设计

5.3.2性能和安全性分析

5.4本章小结

第6章基于双线性对的身份认证方案设计与实现

6.1方案1：基于ID的身份认证方案

6.1.1方案设计

6.1.2性能和安全性分析

6.1.3方案实现和结果分析

6.2方案2：基于BLS签名的身份认证方案

6.2.1方案设计

6.2.2性能和安全性讨论

6.3方案3：第三方可验证的身份认证方案

6.3.1方案设计

6.3.2件能和安全性讨论

6.4本章小结

第7章总结和展望

7.1本文总结

7.2工作展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果