基于区域划分的WSN密钥预分配方案研究

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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。
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