基于区域划分的WSN密钥预分配方案研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Network）由大量传感器以自组织方式构成的分布式网络系统。随着微机电系统、片上系统、无线通信和嵌入式技术的飞速发展，无线传感器网络被广泛应用于军事、农业、物种监测、环境监测、智能家居、卫生医疗等领域，其安全问题越来越受到关注。无线传感器网络节点之间、节点与基站之间的通信是建立在密钥对密文加密、解密的基础上，密钥管理的研究是WSN安全领域中的基础内容和关键环节。
　　对于无线传感器网络密钥管理的研究，本文主要做了以下工作：
　　1、介绍了无线传感器网络的体系结构、网络特点及节点应用，分析了网络的安全需求。
　　2、介绍了无线传感器网络密钥管理方案的评价标准，按照不同的划分方法对方案进行分类，介绍了网格划分的基本思想，并对几种典型的划分方法进行比较，介绍了几种典型的密钥分配方案，总结了各方案的优缺点。
　　3、针对无线传输信道不可靠、节点易被捕获、丢包率高等特点，提出了一种适于WSN的抗共谋攻击的自愈组密钥管理方案。本方案利用多项式函数加密与单向Hash链，避免重新向GM申请组密钥，且GM具有撤销节点的能力，节点可恢复密钥，抵抗共谋攻击，保证密钥分发过程中的前向和后向安全性；该方案赋予被撤销节点在重新加入时具有新的秘密信息，保证合法节点之间的匿名性。分析表明，本方案在保证较低的开销前提下，提高了节点的安全性，更适合俘获攻击多发的环境。
　　4、密钥预分配方案在网络连通性和安全性之间存在此消彼长的关系。根据节点的位置信息进行区域划分，提出了基于区域划分的WSN密钥预分配机制，整个网络被划分为多个正六边形区域，节点根据自身的通信范围和位置信息选择性地保留密钥信息，利用哈希函数和密钥信息与其他节点建立通信。性能和安全性分析表明，网络连通率比传统的密钥预分配方案明显提高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及组织结构

1.4本章小结

第二章 无线传感器网络相关知识

2.1无线传感器网络体系结构

2.2无线传感器网络密钥管理

2.3无线传感器网络安全分析与网格划分

2.4本章小结

第三章 具有抗共谋攻击能力的自愈组密钥分发方案

3.1问题的提出

3.2具有抗共谋攻击的自愈组密钥分发方案

3.3方案分析

3.4本章小结

第四章 基于区域划分的WSN密钥预分配方案

4.1问题的提出

4.2基于区域划分的WSN密钥预分配方案

4.3性能分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2讨论与展望

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间参与的科研课题与公开发表的论文