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合肥工业大学
硕士学位论文
无线传感器网络密钥管理方案研究
姓名:荚文俊
申请学位级别:硕士
专业:计算机系统结构
指导教师:郑淑丽
2011-04
无线传感器网络密钥管理方案研究

摘要

无线传感器网络(Wirless works: WSNs)是由大量具有无线通
信、传感、数据处理能力的传感器节点以自组织形式组成的无线网络,其
目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,
并将这些信息发布给观察者。目前,WSNs 已经被广泛应用在环境监控、
企业管理、物流运输、军事侦查、空间探索等领域。然而 WSNs 存在网络
拓扑结构动态变化、带宽及节点能量有限、通信链路不可靠等缺陷。这些
缺陷使得 WSNs 极易遭受到安全性攻击。例如直接对节点数据的攻击以及
对路由拓扑结构的攻击等。
在 WSNs 中,实现满足安全需求并尽量避免遭受攻击的解决方案大致
可分为两类: 第一类建立安全路由,使攻击者无法得知数据的传输链路,
但这往往需要放弃最优的路由选择策略; 另一类方案采用密钥管理协议来
解决,在数据传输中,利用密钥对数据进行加/解密,因而密钥管理方案成
为目前 WSNs 中重要的研究方向。并通过认证算法进行身份认证,同时网
络的路由算法仍旧可以选择最优的路由策略,
目前,在 WSNs 密钥管理方面研究成果较少,同时还存在一定的不
足, 在 WSNs 中,节点计算能力弱,能量和通信带宽有限等特点制约了
安全方案的设计。本文研究了无线传感器网络密钥管理方案,介绍了一些
典型的密钥管理方案,并阐述了秘密共享思想,在秘密共享的基础上,提
到了一种基于 Shamir(t,n)门限秘密共享的密钥管理方案,该方案解决了无
线传感器网络中密钥管理方案棘手的三个问题,WSNs 在无线通信环境中
工作,丢包是无法避免的,该方案能在允许一定丢包的环境下继续工作,
并且当节点被俘获时,能在保持原有网络分布特性的前提下,进行密钥撤
销或更新,再者该方案本身具有较强的抗攻击性。随后,本文在可验证秘
密共享的基础上,提到了一种非交互式公开可验证密钥管理方案,该方案
最大的优点是在系统部署结束后,能够允许新节点的加入,且不改变原密
钥体系。

关键词:无线传感器网络;门限秘密共享;密钥管理
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Research on Key Management Scheme for WSNs

Abstract

Wireless works include a large number of munication,
sensing, data processing capacity of the sensor nodes form a anization of wireless
networks, The aim is to perceive collaboration, collection and works in the
perception of the geographic area covered by the object information and the information
released to the observer. Currently, WSNs have been widely used in environmental
monitoring, enterprise management, logistics, transportation, military reconnaissance,
space exploration and other fields. However, there WSNs work topology,
bandwidth and node energy is limited, munication links and other defects.
These deficiencies make WSNs easily subjected to security as direct attacks
on the node data and the topology of the routing attacks.
In WSNs, the implementation to meet the security needs and to avoid the solution
of attacks can be broadly divided into two categorie