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无线传感器网络在军事、民用方面应用前景非常广阔。然而在大多数应用环境中对无线传感器网络的安全性有很高的要求,安全问题受限于成本和计算能力,已成为阻碍无线传感器网络实际应用的主要障碍之一。无线传感网络由于节点功能的局限性,只能使用对称密钥技术,而极少采用公钥技术。无线传感网络安全协议IEEE 802.15.4基于高级加密标准算法AES(Advanced Encryption Standard)生成一系列的安全机制。传感器网络安全协议SPINS(Security Protocols for Sensor Network)建立在对称密钥体系的基础上,提出安全体制中比较实用的传感器网络安全方案。本论文针对无线传感器网络的安全问题,对无线传感网络安全机制中的对称密码学问题进行了深入研究。首先,分析了AES加密算法理论,设计了一种基于无线传感网络的小面积AES协处理器。为了适应无线传感器网络中微传感器节点对于小面积的要求,重点优化设计了占整个电路面积最多的S盒单元模块,复用4个S盒以代替传统的20个S盒(采用复合域运算实现),大大减小加密电路所占用的面积。并在加解密过程中采用复用和共享技术,获得了一个低成本紧凑的AES结构。其次,介绍了常用分组密码的分析,重点研究了功耗分析。讨论了功耗攻击的方法和抵御功耗分析的方法,研究了AES的遮盖技术,提出了定值遮盖法,达到抵抗功耗攻击的效果。再次,讨论了常用分组密码的的工作模式,研究了基于链接与计数CCTR认证模式的算法过程、速度,针对IEEE802.15.4协议的安全工作模式AES-CCM-128(4/8/16)进行了重点研究,讨论了CCM-AES处理器结构,包括认证模块,加密模块和控制单元模块。对MDS,SHA和RIPEMD160三种散列函数算法,从几个方面进行比较。综合算法的运算速度和安全性方面的考虑,SHA是可以优先考虑采用的算法。对SHA-1算法电路进行了改进方案,通过折叠运算过程中的数据通路,以更小的面积代价,获取更高的性能。最后,讨论了IEEE802.15.4型无线传感网络安全机制和传感器网络安全协议SPINS。针对无线传感网络安全性的基本要求,提出了在基站和每个传感器节点之间都共享一个私密密钥,使用计数模式的加密方法,以及通过使用消息鉴别码的方法等达到两节点通信的安全性。提出了使用延迟公布的单向密钥链的方法来保证广播通信的安全性。