一种面向WSN的双向身份认证协议及串空间模型

摘要

随着工业互联网、智慧农业、智能家居等领域的发展,无线传感网络(WSN)得到了更广泛的应用,但安全问题也随之凸显.针对无线传感网络中传感器节点易失效、能量和计算存储能力受限等问题,构建了一种基站与传感器节点间的基于状态信息的双向身份认证协议,其能在满足无线传感网络轻量级和低成本要求的同时确保安全性.协议首先在节点接入阶段基于可信网络连接进行平台可信情况的认证,以验证节点的可信情况并实现节点的加密注册.然后在运行阶段通过重要数据双向认证过程对重要数据的传输过程进行保护,利用定时更新认证确认传感器节点的状态和可靠性.协议允许基站定时检测节点的运行状态信息,及时监测到节点的物理损坏,并利用节点的运行状态信息进行认证,以进一步增强协议的安全性.同时,该协议还引入了报警机制,该机制可以区分通信错误、节点的物理损坏以及攻击者攻击.本协议降低了认证过程的通信量,引入的报警消息可以增强排障能力.利用串空间模型对协议进行形式化分析,证明了协议的安全性.最后通过实验验证了设计的双向身份认证协议能提供较好的安全性,而且发送数据增加的延迟时间在可接受的范围内,网络可扩展性好.所提方案能够加强网络接入安全并且有效防御来自节点系统内部的攻击,具有较好的应用价值.