基于LEACH协议的安全路由设计与分析

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1、万方数据682011．47(13)ComputerEngineeringandApplications科"算机工程与应用@网络、通信、安全@基于LEACH协议的安全路由设计与分析郭芸，高铁杠GU0Yun，GAOTiegang南开大学软件学院，天津300071CoHegeofSoftware，NankaiUniversity，Tianjin300071，ChinaGUOYun。GAOTiegang．Designandanalysisaboutsecuritybased011LEACHroutingprotoeoLCom

2、puterEngineeringandApplications．2011。47(13)：68-71．Abstract：始esecurityoftheroutingprotocolof际lessSensorNetwork(WSN)hasdirectinfluence011thesecurityandavailabilityoftheentirenetwork．Byaddingidentityauthenticationmechanism，keyupdatemechanismanddual-keyenoryp-tionm

3、echanismtoLowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy(LEACH)protocol，anewsecureLEACH弘饼ocol·IS-LEACHisproposed．Detaileddesignandanalysisoftheproposedpro姗laregiven．Keywords：wirelesssensornetwork；LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy(LEACH)protocol；networksecurity；net-wor

4、kkey摘要：无线传感器网络中，路由算法是否安全直接影响整个网络的安全性和可用性。所以，基于LEACH路由协议，通过增加身份认证机制、密钥的动态更新机制，以及双重密钥加密机制，提出了一个新的安全策略——IS．LEACH，并给出了该策略的详细设计和分析．关键词：无线传感器网络；低功耗自适应集簇分层型(LEACH)协议；网络安全；网络密钥DOI：10．3778／j．issn．1002．8331．2011．13．020文章编号：1002-8331(2011)13-0068-04文献标识码：A中图分类号：11P393l引言无

5、线传感器网络是由一组能量及资源有限的传感器节点利用无线通信方式自组织构成的。传感器节点能够实时地监测目标区域，并通过相互协作，将感知信息传送到基站进行处理。无线传感器网络在军事领域、医疗健康、环境科学等方面都有着广阔的应用前景Ⅲ。随着无线传感器网路的应用范围越来越广，其安全问题引起了人们的极大关注。由于路由算法的安全性直接影响整个WSN的安全性和可用性，所以对路由算法进行安全设计就显得尤为重要。然而，在目前已经提出的平面式和层次式两大类路由协议中，设计时都只考虑了路由的有效选择，并没有考虑协议的抗攻击性。所以，如何提

6、高这些协议的安全性引起了人们的广泛重视。LEACH协议是WSN中最早提出的分簇路由协议，其成簇思想贯穿于其后设计的多个层次路由协议中。因此，本文将以LEACH协议为基础，借鉴已有的安全LEACH算法，并通过增加密钥的动态更新机制以及双重密钥加密机制，设计出一个应用于LEACH的安全策略——IS．LEACH，从而提高LEAcH协议的抗攻击能力。2LEACH协议原理LEACH协议”1的基本思想是以循环的方式随机地选择簇头节点，从而均衡网络中各节点的能量消耗，延长网络的寿命。该协议将网络工作周期划分成“轮”，每轮循环分为簇

7、的建立和数据传输两个阶段。数据传输阶段的持续时间一般远比簇的建立阶段要长。簇的建立阶段由广告阶段、簇初始化阶段、时隙刨建三部分组成。在广告阶段，每个传感器节点生成0—1之间的一个随机数，如果该随机数小于某个阈值r∽，那么该节点就成为当前轮的簇头节点，并向全网发送广播信息。普通节点根据接收到的簇头广播信息的强度，选择加入信号最强的簇头所在的簇。簇头根据申请加入本簇的节点数目，创建—个TDMA时隙表，并将其广播给簇内所有节点。之后，每个簇成员在自己的通信时隙内将感知数据发送给簇头，簇头将数据进行必要的融合后直接发送到基站

8、啪。数据传输阶段持续一段时间后，网络进入新一轮的簇重构。LEACH协议的具体执行过程如下：(1)日j·：编，础(2)M专强‰，‰，joinrequest(3)日j·：编，(．．．<‰，～>．．^sched(4)M一髓咄，乩，氐(5)日一鼹‰，硌s，，C．．如．．．)基金项日：国家自然科学基金(theNationalNaturalScienceF