无线传感器网络安全关键问题研究

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1、嬉磐p#{m9密组‰}，葡鬓铸缮彰廖博士学位论文无线传感器网络安全关键问题研究旱"姓{＆职称专m2种．柄庚教授／博旱信息哥全南京邮Ib人学博l?研究生学位论文摘要摘要集成了传感器技术、微型机电系统(MEMS)技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的无线传感器网络(WSN)是当前信息技术的前沿之一，是当今的研究热点，受到了广泛的关注。它是由成百上千甚至更多具有无线通信与计算能力的微型传感器节点构成的自组织分布式网络系统。在整个网络系统中，大量的传感器节点收集、处理并且交换来自于外界环境的数据，最终传输到外部

2、基站进行相应处理。目前，WSN已经在很多方面得到了应用，如环境监测、森林防火、文物保护、医疗护理、灾难急救、候鸟迁徙跟踪、军事情报收集、无线定位等。与固定网络一样，WSN从理论到应用必须解决相关的安全问题，否则将极大地限制其发展和应用。尤其是在一些特殊领域，如军事上对敌方的情报监测，商业上的一些利益相关的应用等，网络安全问题显得尤为重要。本论文针对WSN密钥管理协议进行了研究，对密钥的生成、分发、协商和更新进行了具体设计；同时对密钥的连接性问题进行了讨论。另外，论文对传感器网络的网外攻击防御等关键问题也进

3、行了研究，具体研究成果及创新总结如下：基于身份的密钥管理方案与协议：针对无线传感器网络能量、计算能力、存储空间以及带宽等方面的局限性问题，论文提出了一种适合无线传感器网络的密钥协商方案EKASFWSN，它使用身份加密(IBE)算法预置网络系统参数并利用Diffie．Hellman密钥交换技术和IBE算法安全地交换节点间的相关参数、计算节点的密钥；最后利用计算获得的节点问共享密钥使用对称密码方法对网络消息进行加、解密。该方案克服了传感器网络部署之后，网络节点之间难以有效协商密钥和安全分配密钥的问题。仿真结果

4、表明：所提出的方案在节点能量消耗、计算资源需求以及安全性方面都较其它方案具有优势。基于密钥共享的抗HELLO泛洪攻击方案：为了解决大功率攻击者针对无线传感器网络发起的HELLO泛洪攻击问题。论文首先提出一种基于完全层次树的节点密钥共享协议，然后基于该密钥共享协议构造了识别邻居节点集的消息应答一反馈机制和多路径的信息转发方案。仿真结果验证了该方案能够有效地抵抗大功率网络攻击者发起的HELLO泛洪攻击。基于IBE的认证信息加密技术：由于无线通信的开放性和公共性，信息的私密性传输在很大程度上依赖对信息的有效加密

5、。早期的研究成果认为非对称的公共密码系南京邮电大学博上研究生学位论文摘要统由于消耗资源过大而无法在传感器网络中得到应用，另外，也出现了一些对称加密方法在无线传感器网络中应用的研究成果，它们应用的前提是基于通信双方的节点拥有预分配的共同密钥，但有时很难作到，因为节点之间往往是概率性的拥有共I司密钥。论文研究了基于椭圆曲线加密的WSN认证加、解密方案，该方案在信息加、解密的过程中对节点发送、接收的信息进行加、解密并进行认证。对所提出的认证加密技术进行了仿真测试，结果表明所提出方案在无线传感器网络中是可行的。安

6、全的抗同谋攻击方案：考虑到无线传感器网络节点密钥或系统参数的泄露或合法节点被俘获后成为网络攻击者的同谋而可能对网络造成更大的危害，论文讨论了一种基于椭圆曲线密码技术进行设计的无线传感器网络抗同谋攻击方案。该方案采用群密钥分发策略来产生各节点的私钥并计算相应公钥，并基于椭圆曲线密码系统构造加密、解密方案。同时，在消息广播时，广播(命令)中心仅需传输3个群元素的控制报头信息，而在接收端的合法节点可以计算会话密钥并解密消息。对方案进行的有效性分析(时间、空间复杂度以及与其它方案的对比讨论)和安全性论证表明，该方

7、案能有效的抵御针对无线传感器网络的k同谋攻击。有效的抗节点俘获路由方案：为了解决传感器节点被网络攻击者俘获的问题，对目前无线传感器网络的路由协议进行概述并分析其设计指导思想的基础上，论文研究并实现了一种有效抗节点俘获的无线传感器网络层次路由协议算法NHRPA(NovclHierarchicalRoutingProtocolAlgorithm)。该算法能够动态的根据节点部署特点，如节点在部署区域的分布密度、节点是否处于基站的传输范围之内和节点当前剩余能量等方而综合进行考虑以决定节点的层次结构和路由方式。对所

8、研究方案进行的理论分析和仿真实验表明：NHRPA较其它一些协议更加灵活、高效、安全，能够有效抵抗俘获节点的网络敌对攻击。关键词：无线传感器网络，网络安全，基于身份加密算法，密钥协商，密钥共享，路由协议，同谋攻击，拒绝服务攻击V南京邮IU人学博t：研究生学位论文ABSTRACTWirelesssensornetworksusuallyconsistofalargenumberofultra-smallautonomousdevi