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贵州快3传感器论文_

发布日期:2020-11-22 01:15

  传感器论文_物理_自然科学_专业资料。传感器论文 无线传感器网络的密钥管理方案 摘要:无线传感器网络常用于军事目标追踪、环境监测、病人病 情跟踪等方面,,当其部署在一个敌对的环境中,会受到不同类型的 恶意攻击, 保障其安全性显得极为重要。

  传感器论文 无线传感器网络的密钥管理方案 摘要:无线传感器网络常用于军事目标追踪、环境监测、病人病 情跟踪等方面,,当其部署在一个敌对的环境中,会受到不同类型的 恶意攻击, 保障其安全性显得极为重要。 传感器节点的资源严格受限, 传统网络安全机制不适用于无线传感器网络。 保障无线传感器网络安 全的常用方法是对传输数据进行加密, 文章介绍并分析适用于该类型 网络的典型密钥管理方案。 关键词:无线传感器网络;密钥管理;安全 随着传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术和微机电系统 (Micro Electro-Mechanical System,简称 MEMS)技术的进步,极大 地推动了集信息采集、数据处理、无线传输等功能于一体的无线传感 器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的发展。WSN 以其低成 本、低功耗的特点,在军事、环境监测、医疗健康等领域有着广泛的 应用,并逐渐深入到人类生活的各个领域。贵州快3。 当无线传感器网络部署在一个敌对的环境中,安全性就显得 极为重要,因为它们容易产生不同类型的恶意攻击。例如,敌人可以 冒充合法节点窃取网络中的通信数据, 或者发送错误的信息给其它节 点。为了确保从网络中收集到的数据正确可靠,节点间的数据通信必 须进行加密和验证。针对无线传感器网络安全问题的研究有很多方 面,但其中最核心、最基本的问题就是密钥管理问题。 1 密钥管理方案的评估指标 无线传感器网络一般受限于计算、通信和存储能力,节点随 机部署,以及网络拓扑结构的动态变化,从而使得传感器网络比传统 的网络更难抵抗各种攻击。在传统网络中,往往通过分析密钥管理方 案所能够提供的安全性来评估一个密钥管理方案的优劣。但是,这在 无线传感器网络中都是远远不够的。所以,结合自身的特点和限制, 无线传感器网络的密钥管理方案需要具备以下特性[1-2]。 1) 安全性。对于无线传感器网络密钥管理方案,其安全性主 要体现在对外部攻击的抵抗能力上, 主要指抵抗俘获攻击和复制节点 攻击的能力。利用该算法生成的密钥应具备一定的安全强度,不能被 网络攻击者轻易破解或者花很小的代价破解。 也即是加密后保障数据 包的机密性。 2) 连通性。指相邻节点之间直接建立通信密钥的概率。保持 足够高的密钥连通概率是无线传感器网络发挥其应有功能的必要条 件。密钥信息生成和分发之后,除了孤立节点(无法与网络中其它任 何节点进行通信)之外,要保证密钥的全连通或者部分连通。 3) 有效性。对于节点电源能量来说,密钥管理方案必须具有 很小的耗电量。对于节点的计算能力来说,传统网络中广泛采用的复 杂的加密算法、签名算法都不能很好的应用于无线传感器网络中,需 要设计计算更简单的密钥管理方案。对于节点的存储能力来说,不可 能在密钥分配时保存过多的密钥信息, 那么设计的密钥管理方案必须 使每个节点预分配信息尽可能的少。 确保传感器节点有足够的存储空 间去存储建立安全密钥管理所需要的信息, 具有建立共享密钥的处理 能力以及在密钥建立阶段所需要的通信能力。 4) 轻量级和低开销。传感器节点主要有三个消耗能量的模 块:传感器模块,处理器模块和无线通信模块。其中,通信能耗远远 大于计算能耗,数据传输所消耗的能量约占总能耗的 97%,有 20% 消耗在共享密钥发现阶段和会话密钥建立过程中。 通常 1 比特信息传 输 100m 距离耗费的能量相当于执行 3000 条安全算法(如计算 Hash 函数,比较密钥 ID 等)计算指令所消耗的能量。因此,要求密钥管 理方案中的节点间通信尽量小, 要求节点在传输之前对数据进行预处 理,以降低通信量。 5) 可扩展性。无线传感器网络的规模通常达到成千上万个, 但由于存储空间受限, 密钥管理方案所支持的网络规模通常都有一个 门限值, 在设计无线传感器网络密钥管理方案时必须允许大量新加入 的节点,保障网络是可扩展的。而且,在增强网络的扩展性的同时要 尽可能地降低存储开销。 通常情况下,评估 WSN 密钥管理方案的好坏,主要看此方 案所能支持的网络规模、传感器节点的能耗、整个网络的可建立安全 通信的连通概率、整个网络的抗攻击能力等。 2 典型密钥管理方案分析 通过总结和调研国内外的文献,本文将现有的无线传感器网 络密钥管理方案进行了适当的分类。根据依据不同,主要可以分为四 大类:一是按照密钥管理方案所依托的密码基础不同,可分为对称密 钥管理和非对称密钥管理;二是按照网络的逻辑结构不同,可分为分 布式密钥管理和层次式密钥管理;三是按照网络运行后密钥是否更 新,可分为静态密钥管理和动态密钥管理;四是按照网络密钥的链接 性情况不同,可分为随机密钥管理与确定密钥管理。这四种分类方法 并不是唯一的, 也并非将所有的方案都依此划清界限而彼此之间没有 交集,同一种密钥管理方案完全可能在不同的分类中重复出现。下面 介绍一些典型的密钥管理方案。 2.1 预共享密钥分配方案 SPINS 协议[3]是预共享密钥分配方案之一,它由安全网络加 密协议 SNEP(Security Network Encryption protocol)和广播认证协议μ TESLA(micro Timed Efficient Streaming Loss-tolerant Authentication protocol)组成。 SNEP 是一个低通信开销的简单高效的安全通信协议,实现了 数据认证、数据机密性、完整性、新鲜性保证等功能。它只描述了协 议的工作过程,并未规定实际采用的算法,具体算法在实现时可根据 需要选择。SNEP 采用预共享主密钥的安全引导模型,让每个节点都 和基站之间共享一对主密钥,其他密钥从该主密钥派生出来。新鲜性 的认证是通信双方共享一个计数器来实现, 数据完整性认证通过使用 消息认证码来提供。 μ TESLA 协议是一个高效的广播认证协议,用于实现点到多 点的广播认证,其核心思想是推迟公布广播包的加密密钥。基站先广 播一个经过密钥 Kmac 加

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