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无线传感器网络综合了传感器技术,嵌入式计算技术,分布式信息处理技术和无线通信技术。它能够实时监测,感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,然后把信息传送到用户。这种网络系统是计算机科学技术的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,可以广泛地应用于国防军事,国家安全,环境监测,交通管理,医疗卫生,制造业,反恐抗灾等领域。本文首先介绍本课题的研究背景,研究内容和意义及课题要研究的S-MAC协议,然后介绍了数字签名算法NTRUSign。关于S-MAC协议安全方面的研究,据本人所知,目前国内外还未见相关文献问世。针对S-MAC协议存在的安全缺陷,改进了现有的不安全的S-MAC协议,提出了基于NTRUSign数字签名算法的SSMAC协议,并详细介绍SSMAC协议数字签名过程的实现。最后在Linux操作系统下,先使用扩展后的NS2仿真平台,对SSMAC协议进行仿真,并与应用RSA公钥密码算法的安全S-MAC协议进行对比,进行协议性能的分析比较并得出结论。再采用AVISPA软件对所设计的SSMAC协议的安全性进行了形式化验证,该验证结果表明SSMAC协议实现了数据完整性、来源真实性和抵御重放攻击的安全目标。本文的创新点如下:(1)找出了S-MAC协议在安全方面存在的某些缺陷。(2)针对S-MAC协议存在的安全缺陷,本文提出了基于NTRUSign数字签名算法的SSMAC协议。SSMAC协议提供了数据完整性、来源真实性和抵御重放攻击的安全服务。(3)在Linux平台下,采用国际权威的仿真软件NS2对设计的SSMAC协议仿真。首先对NS2仿真软件进行扩展,在其协议族中加入SSMAC协议。然后用扩展后的NS2仿真平台对SSMAC协议进行不同网络场景的仿真得结果如下:数据包链路延迟仿真结果表明SSMAC协议使用最新的NTRUSign数字签名算法比用当前最流行的RSA数字签名算法具有更好的时间性能。能耗仿真结果表明SSMAC协议使用NTRUSign数字签名算法比用RSA数字签名算法能更好的节省能量。(4)在Linux平台下,采用国际通用的AVISPA软件对所设计的SSMAC协议的安全性进行形式化验证,该验证结果表明SSMAC协议实现了数据完整性、来源真实性和抵御重放攻击的安全目标。