基于多项式和分组的无线传感器网络密钥管理方案

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1、第２６卷第２期计算机应用研究Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．２２００９年２月ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓＦｅｂ．２００９倡基于多项式和分组的无线传感器网络密钥管理方案肖德贵，杨金，罗娟（湖南大学计算机与通信学院，长沙４１００８２）摘要：提出一种结合多项式计算和分组设计的无线传感器网络密钥管理方案。使用多项式计算生成节点间的共享密钥对来增强网络的安全性能，引入分组的方法来提高网络连通概率，弥补基于多项式方法的不足；同时采用新的分组模式，将节点的网络标志符划分为组标志符和组内节点标志符，根据需要扩展节点标志符的范围来增加

2、网络最大规模。结果证明本方案在网络安全性、连通性以及节点负载方面达到了一种较好的平衡。关键词：无线传感器网络；安全；密钥管理；分组；多项式中图分类号：ＴＰ３９３　　　文献标志码：　　　文章编号：１００１唱３６９５（２００９）０２唱０６８０唱０３ＫｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｐｏｌｙｎｏｍｉａｌａｎｄｇｒｏｕｐｆｏｒＷＳＮＸＩＡＯＤｅ唱ｇｕｉ，ＹＡＮＧＪｉｎ，ＬＵＯＪｕａｎ（SchoolofComputer＆Communication，HunanUniversity，Changsha４１００８２，China）Abs

3、tract：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｋｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｂａｓｅｄｏｎｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄｇｒｏｕｐｄｅｓｉｇｎｉｎｇ．Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｕｓｅｄｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｎｏｄｅ唱ｔｏ唱ｎｏｄｅｐａｉｒ唱ｗｉｓｅｋｅｙｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｇｒｏｕｐｉｎｇｓｃｈｅｍｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｐｏ

4、ｌｙｎｏｍｉａｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｅｗｇｒｏｕｐｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｔｏｐａｒｔｉｔｉｏｎｔｈｅＩＤｏｆａｎｏｄｅｉｎｔｏｇｒｏｕｐＩＤａｎｄｉｎｔｒａ唱ｇｒｏｕｐｎｏｄｅＩＤ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｅｎｌａｒｇｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｕｐｐｏｒｔａｂｌｅｎｅｔｗｏｒｋｓｉｚｅｂｙｅｘｔｅｎｄｉｎｇｔｈｅｎｏｄｅＩＤ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｋｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅａｃｈｉｅｖｅｓａｎｉｃｅｔｒａｄｅｏｆｆｂｅ唱ｔｗｅｅｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｃｏｎｎ

5、ｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｏｖｅｒｈｅａｄｓ．Keywords：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ）；ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｋｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｇｒｏｕｐ；ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ安全问题是无线传感器网络（ＷＳＮ）中的一个研究热点。的抗攻击能力还有待提高。此外，文献［５］针对分布式ＷＳＮ其中，密钥管理是无线传感器网络各种安全技术的基础。由于的安全问题提出了一种轻量级密钥管理协议和路由算法，在安传感器节点的资源有限性和节点本身有可能被俘获，不能简单全性能方面取得了很好的效果。地使用一些成熟的传统加密方法，如公钥加密体系、基于

6、认证还有一些研究提出了确定性的密钥预分布方案，如Ｌｅｅ等［１，２］［６］中心的安全体系等。人提出了利用距离正则图构造的密钥预分布方案，Ｄｕ等［７］基于以上原因，研究者们设计了多种无线传感器网络密钥人提出的多密钥空间的增强Ｂｌｏｍ模型等。但是这些方案［２］［３］管理技术。Ｅｓｃｈｅｎａｕｅｒ等人提出一种基于概率密度和随都存在算法复杂、计算开销太大的问题，有的还需要节点共享机图论的基本随机密钥预分布方案，是所有密钥对分布方案的较多的先验信息，如生成矩阵或公用大素数等。基础。在基本随机密钥预分布方案中，系统先生成一个比较大为了在确保网络安全

7、性的同时，达到较好的网络节点密钥的密钥池，每个节点拥有密钥池中的一部分密钥，在传感器网连通概率，本文提出一种综合的密钥管理方案，结合基于多项络布置以后，任意两个节点将以一定概率共享至少一个公共密式和基于分组两种思想。首先通过多项式计算节点间链路共钥，从而形成安全的网络连接。该方案虽然减小了节点的开享密钥，提供了很好的网络抗攻击能力；然后引入分组设计，弥销，但是节点抵御外部攻击的能力大大下降。为了在提高网络补基于多项式方案的不足，提高网络密钥连通性，并将节点的连通性的同时增加节点抗攻击能力，Ｃｈａｎ等人对基本随机密标志符ＩＤ划分为组标志

8、符ＧＩＤ和组内节点标志符ＮＩＤ，可以钥预分布方案进行了扩展和改进，提出了q唱ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ随机密在方案的实现过程中，节省一定的节点开销，尤其是通过ＮＩＤ［４］钥对预分布方案，要求两个节点间至少要有q个公共密钥才的扩展