无线传感器网络密钥管理和广播认证协议研究.pdf

苏州大学
博士学位论文
无线传感器网络密钥管理和广播认证协议的研究
姓名:黄海平
申请学位级别:博士
专业:计算机应用技术
指导教师:王汝传
20091101
无线传感器网络密钥管理和广播认证协议的研究中文提要无线传感器网络,简称墙ḿ扑恪⑼ㄐ拧⒋ǜ衅罴际跸嘟岷系牟铩=昀矗孀盼尴咄ㄐ偶际鹾偷缱悠骷际醯目焖俜⒄梗低成本、低功耗、多功能的无线传感器的开发和广泛应用成为可能。这同时也促动了由成百上千微型传感器节点自组织构成的无线传感器网络的应用,主要表现在军事、环境监测、医疗、智能建筑和其他商业领域。然而,任何大型网络要真正得到大规模的应用,安全问题至关重要。因此,如何保证无线传感器网络的通信安全和信息安全成为一个热点研究话题。无线传感器网络绲囊贫浴⒍辖有浴⒛茉词芟薜裙餐匦灾猓咕哂幸恍┟显的特征:绻婺8E哟螅诘闶扛唷⒚芏雀螅粲诖笮投宰橥力、存储能力和通信能力非常有限。这些特点使得无线传感器网络在安全性能上面临更大的挑战,而大多数现有的安全协议和保护机制都无法直接应用于无线传感器网络论文主要从密钥管理和广播认证两个方面对无线传感器网络的安全技术进行了辑结构、网络运行后密钥是否更新和密钥的链接性程度进行了分类,并分别介绍了这四类方案中的一些经典密钥管理方案,同时对这些方案进行了分析比较。在此基础上,基于特定的数据结构——密钥联系表以及基于逻辑网格拓扑结构,设计了两种新型的密钥管理方案,分析了其安全特征,并参照密钥管理的性能需求与逻辑密钥树型方案、桨傅冉辛朔抡嫜橹け冉稀另一方面,论文对现有的广播认证方案进行了归纳,重点讨论应用较为广泛的和多级广播认证协议及其相关改进方法,在此基础上设计了一种基最后,论文基于面向的中间件软件技术,利用所提出的方案,设计除了具有络;,计算能中。研究。对现有的无线传感器网络主流密钥管理方案依照所依托的密码基础、网络的逻于父亲树的层簇式结构的广播认证协议诠悴ト现し段А⒍0毖印密钥链的再生构造等方面做出了有益改进。
与实现了中间件软件陌踩ü芾砟?椋佣蛊湓谖尴叽ǜ衅魍缤ㄐ庞τ中具备加密、认证和密钥管理的基本功能。关键词:无线传感器网络,密钥管理,广播认证协议,安全作者:黄海平导师:王汝传中文提要无线传感器网络密钥管理和广播认证协议的研究
.丽琖琻甋,..,,瑂瑃篎,籹瑃籺,,,琱,.,Ⅱ
.,:,篧,猯簍,/琣,:.—,琩,,
图表目录图基于父亲树路由协议的簇建立过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图无线传感器网络分布式体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图层簇式的传感器网络体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图传感器节点的体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图层簇式逻辑密钥树型方案的拓扑结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图密钥管理和安全认证协议框架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图密钥曲线及曲面例图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图场景一:三种方案剩余能量比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图场景二:三种方案剩余能量比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图场景一:三种方案簇头能量比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图场景二:三种方案簇头能量比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图场景二中三种方案的能量低于慕诘愕母鍪图基于函数密钥链的簇间认证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图无线传感器网络节点拓扑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图节点及其邻居位置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图节点虢诘鉈之间的逻辑位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图非临近节点布局图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图节点位置图图诘阄恢猛⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图本方案与的存储性能比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图本方案与的存储性能比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图笛:个节点的平均能耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图笛:鼋诘愕钠骄芎摹图笛:单一节点的能耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图槿现す悴ス趟得魍肌
图【岸诘隳芰糠讲畋冉稀图低吃诵屑芄雇肌图全网个节点的平均能耗对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图赝方诘愕钠骄芎摹图稍偕⒘辛吹墓乖臁图此煞植继跫碌耐缌髁客肌图场景一中节点的丢包率比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图场景二中节点累计的丢包数比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图【耙恢卸说蕉似骄毖颖冉稀图【岸型缤掏铝勘冉稀图【耙恢薪诘隳芰糠讲畋冉稀奶逑到峁埂窠诘愕刂贰图基于父亲树的拓扑结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.芾砟?橐约捌渌?榻涌凇葱幸娴目刂坡呒ㄒ颇?橐约扒ㄒ苹啤图安全管理模块各个子模块关系图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图非加密模式下的数据包格式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯