基于簇结构的wsn混合密钥管理方案的研究

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1、河南大学硕士学位论文基于簇结构的WSN混合密钥管理方案的研究姓名：闫培玲申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：李捷20100501河南大学硕士学位论文第1页摘要无线传感器网络是由大量的体积小、价格低廉、电源能量极其有限、存储能力和数据处理能力比较弱、具有无线通信和监测能力的微型节点通过自组织的方式形成的网络。这些节点被有计划地稠密部署在监测区域，以达到监测现实物理世界的目的。无线传感器网络是信息技术中的一个新的研究方向，广泛应用于国防军事、城市管理、环境监测、危险领域的远程控制等方面。由于传感器节点大多被部署在敌方或者野外等地方，很容易就被敌方捕获，又没有认证中心，

2、因此，无线传感器网络的安全问题就显得尤为突出。事实上，缺乏有效的安全机制已经成为传感器网络应用的主要障碍。尽管传统网络中已经用到了许多成熟的安全方案，但是由于传感器网络自身的限制，使得这些方案不能直接应用于传感器网络，所以就需要设计出能够满足实际应用的无线传感器网络安全方案。无线传感器网络的安全问题中密钥管理是其中最重要、最基础的部分，也是首要解决的问题，是保证节点之间安全传输数据的关键。经研究发现，将传感器节点进行分组管理在实际的传感器网络中是一个现实可行的方案。目前提出的基于节点部署信息的密钥管理方案大都是把节点分组进行管理，但是有些不能抵挡克隆攻击和Sybil攻击，有些

3、方案的网络连通性和可扩展性不强，存储和通信开销比较大，不能够很好的应用于传感器网络中。本文所做工作如下：对无线传感器网络的体系结构，传感器节点的组成做了简单的描述。讨论了传感器网络经常遇到的安全威胁以及防御方法，列举了现有的一些典型的密钥管理方案，并对它们分别做了详细的分析与评价。在本文的密钥管理方案中，根据分簇无线传感器网络的网络结构，结合对称密码系统中密钥产生的快捷性和非对称密码系统中密钥的安全性，考虑使用两者第1I页河南大学硕士学位论文混合的密钥管理策略。在密钥建立阶段采用基于椭圆曲线的非对称密码系统，为每个节点产生互异的通信密钥，以达到降低计算成本、提高网络安全连通性

4、的目的，同时也防止了信息的篡改和节点伪造攻击。在簇内成员与簇头之间采用对称加密，以减少能量消耗。另外，本文提出的簇头选举方法综合考虑了候选节点的当前能量与初始能量，簇头由传感器节点中当前能量与初始能量的比值最高的节点担任，从而避免了簇头节点能量不足引起的频繁更换簇头节点，也确保了簇头节点不会固定在一个节点上。最后，通过仿真实验证明，该方案能减少节点的内存使用量，保证了节点间网络连通性，提高了网络的抗攻击性和可扩展性，并减少了节点的能量消耗。关键词无线传感器网络；网络安全；密钥管理；分簇河南大学硕士学位论文第HI页AbstractThewirelesssensornetwork

5、ismadeupofbyalotofauto—formedsubminiaturenodeswhichhavethecharacteristicsofsmalleubage，．10w-cost,low-energy,weakmemoryanddate-processingandwirelesscommunicationandinspection．ThosenodesaredisposedintheinspectionareatoinspeCtthespotdata．Thewirelesssensornetworkisanewresearchincommunicationtec

6、hnologyanditiswildlyusedinnationaldefenseandmilitary,citymanage，environmentinspectandthecontrolofdangerouslocation．Thesensornodesaleeasilyalwaysdiscoveredbyenemybecausetheyaredisposedinwildandenemylocation．Thesafetyofthewirelesssensornetworkisveryimportant．Actually,theapplicationofthesensor

7、networkisblockedbythelackofthesafetyproblem．Therearealotofmaturesafetyschemeinthetraditionalnetwork．Becauseoftheself-confinedofthe．network,thoseschemes锄notbeusedinthesensornetwork．Thenewdesignswhichcanbeusedinpracticalareveryimportant．Thekeymanagementist