无线传感器网络密钥分配协议的分析与设计.pdf

南京航空航天大学
硕士学位论文
无线传感器网络密钥分配协议的分析与设计
姓名:张金国
申请学位级别:硕士
专业:计算机软件与理论
指导教师:王箭
20081201
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
无线传感器网络是一种新型无线自组织网络,是计算、通信和传感器三项技术融合的产物,
能够广泛的应用到军事、环境科学、医疗、家庭以及商业等领域中,能够为社会发展创造巨大
的经济价值。因此,无线传感器网络被誉为 21 世纪最有发展前景的技术之一。然而,随着应用
的深入,安全问题逐渐成为制约无线传感器网络广泛应用的瓶颈。如何设计简单高效的安全机
制,关系到无线传感器网络能否真正走向实际应用。
在这种背景下,对于无线传感器网络安全问题的研究有着重大的意义。因此,本文围绕着
无线传感器网络安全中的核心问题——密钥管理展开深入的研究与分析,主要工作如下:
——WSNSim 系统。基于该系统,用户能够快速的
进行密钥管理方案的设计、实现、仿真以及对比。首先重点介绍了 WSNSim 系统的总体设计和详
细设计。最后,使用无线传感器网络中的经典密钥管理方案对 WSNSim 系统进行了测试与验证。
测试结果表明,WSNSim 系统实验结果与理论值高度吻合,具有重要的研究价值和实用价值。
2. 针对无线传感器网络中的密钥管理方案进行了深入研究。重点分析了其中四种典型的基
于预先分配模型的密钥管理方案,基于 WSNSim 系统对上述方案的各项性能进行了实验对比分
析,指出了各个方案的优缺点以及适用的场合,并提出了改进的方向。
3. 提出了一种新的基于逻辑组的密钥管理方案。该方案借鉴了随机密钥对方案中的安全性
思想,并引入了二元对称多项式和基于伪随机函数的密钥环,保证了方案的高安全性,同时还
提高了网络的安全连通度。基于WSNSim 系统的实验分析对比结果表明:该方案在安全性能上有
了显著的提高,非常适合于无线传感器网络中节点易于被捕获以及通信不可靠的特点。







关键词:无线传感器网络,密钥管理,仿真设计,逻辑分组,多项式
I
无线传感器网络密钥分配协议的分析与设计
ABSTRACT
Wireless work (WSN) is a new kind of wireless, work, which is
extensively developing in panying with puting, communications and sensor
technologies. WSN can be applied to many fields including military, environmental science, medical
care, family, business and etc, and will create enormous economic value for social development.
Therefore, WSN is regarded as one of the most promising technologies in the 21st century. However,
with the application in-depth, security issues gradually e bottlenecks of WSN’s wide
deployment. How to design a simple and effective security mechanism es a key factor whether
WSN can be utilized in practical applications.
Therefore, this paper focuses on the core issue in WSN security, . Key Management. The main
works in this paper are as follows:
1. This paper designs and implements the WSN simulation platform—WSNSim. First, this paper
introduces the system architecture design and detail design, and then, utilizes one classical key
management scheme to t