基于分簇的无线传感器网络安全协议研究

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1、密级桂林电子科技大学硕士学位论文题目基于分簇的无线传感器网络安全协议研究（英文）ResearchonCluster-basedSecureProtocolforWirelessSensorNetwork研究生学号:102031211研究生姓名:杨旻指导教师姓名、职务:黄廷辉副教授申请学位门类:工学学科、专业名称:计算机软件与理论提交论文日期:2014年4月论文答辩日期:2014年6月摘要摘要无线传感器网络是对分散数据进行采集、传输和处理的技术性网络，其内容包括了通信传输、信息采集、数据处理、安全防御和能量资源等等，其涵盖范围几乎涉及工业技术领域的各个方面。随着传感器节点的急剧增多和部署环

2、境的开放性，无线传感器网络越来越容易受到各式各样的内部攻击和外部捕获攻击，其安全问题对无线传感器网络技术的研究及其发展产生了严重的制约。为解决当前无线传感器网络所面临的安全问题，国内外专家学者们提出了一些应对措施，安全路由协议就是众多应对措施中的一种。但它还是不能给出协调攻击和能耗之间问题的最优解决方案。针对基于分簇结构的无线传感器网络路由协议无法应对DoS攻击、选择性转发攻击和洪泛攻击等内部攻击的问题，以及当前的密钥管理路由方案无法很好地解决类似于捕获的外部攻击问题，本文提出了两种无线传感器网络路由协议。其具体内容包括：⑴描述了无线传感器网络的体系结构和关键技术，结合其安全需求和约束条

3、件，总结了无线传感器网络所面临的攻击类型及其应对措施，阐述了当前主要的路由协议，选择了基于分簇结构的无线传感器网络路由协议作为研究对象，全面分析了LEACH协议的工作流程以及不足之处，以及如何使用MATLAB进行仿真实现。⑵针对不同的传感器节点有不同的行为动作，根据统计得到每个传感器节点收发数据包和ACK的数量，提出节点的动作信任值；与节点的通信信任值和能量信任值加权求和得到节点的直接信任值；由邻居节点统计得到间接信任值，加上历史信任值一同计算得到综合信任值。基于模糊决策，依据每个传感器节点的综合信任值区分节点的可信状态；并将信任值的计算和可信节点的决策结合到LEACH协议的簇头选择中，

4、提出了基于节点动作信任的无线传感器网络路由协议。⑶为防止因外部攻击而导致的密钥泄露问题，在分簇结构的基础上，引入管理节点来负责密钥的预分发、成对密钥的建立和密钥的更新。结合密钥池的生成，利用哈希函数和三元多项式函数来完成密钥的加密和成对密钥的建立；同时将整个密钥管理的过程与LEACH协议的簇头选举相结合，提出了基于分簇的无线传感器网络密钥管理路由方案。本文对基于分簇结构的两种无线传感器网络路由协议进行仿真实现，从图像上和数据上来看，改进后的路由协议有效地提高了无线传感器网络处理DoS攻击、选择性转发攻击、洪泛攻击以及外部捕获攻击的能力，很好地解决了无线传感器网络在应对攻击和控制能耗之间的

5、协调问题。关键词：WSN；安全问题；LEACH协议；节点动作信任；密钥管理-I-ResearchonCluster-basedSecureProtocolforWirelessSensorNetworkAbstractWirelessSensorNetworkisatechnicalNetworkwhichcaptured,transmittedandprocessedthescattereddata.Itscontentsincludethecommunicationtransmission,informationacquisition,dataprocessing,securityd

6、efence,energyresourceandsoon,anditsscopeinvolvesalmostallaspectsinthefieldofindustrialtechnology.Withthenumberofsensornodesradicallyincreasingandthedeploymentenvironmentsharplyworsening,WirelessSensorNetworkisvulnerabletovarietiesofinternalattacksandexternalattack,anditssecureissuesareaseriouscon

7、strainttotheresearchanddevelopmentoftechnology.TosolvethesecureproblemstheWirelessSensorNetworkfacing,specialistsandrepresentativesfromChinaandabroadhaveputforwardsomemeasures,andoneofthemisthesecureroutingprotocol.How