无线传感器网络密钥管理方案的研究.pdf

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2、eeofMasterofEngineeringByZhaoRanSupervisor:Prof.FangChengZhiMarch2015*AF~~~~~~m~X~R~AIT~~m~r~rr~~~I~~~~~~~~*o~am~,~Tx~~~~~fi~~~-~*~*'~~~~§*~~AB~~~--~M00~~~-.&~S*~a·~~~~*~~~~--~~~~Qdhl~W~fflrt~MMo~~-~I~~~*m*~~m~~ff~~~~B~~X~~T~~~~~~~~TW~o*A~~~x&~Rffi~~~~~~~,~g*ffi-~ffi~~~~m~

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4、来说都有很好的应用价值，而这些应用都是以安全和可靠的数据传输为保障的。所以无线传感器网络的安全性研究至关重要，而构建高效的密钥管理方案是保证安全性的保障。无线传感器网络的特点造成了传统的密钥管理方案对本网络已不再适用，比如资源有限（存储空间小、计算能力低、通信能力弱）、网络规模大、结构易动态变化、部署环境恶劣。如何在资源消耗和安全性间找到最佳的平衡点使无线传感器网络的性能达到最优成为现在国内外研究的重点和热点。本课题结合工程实践进行研究，所做工作主要从以下几方面展开：首先，对课题背景与研究意义作了介绍；简述了无线传感器网络的架构、网络特点与

5、应用场景；对无线传感器网络的安全进行了总结概述，包括安全威胁、安全需要、安全研究重点。其次，对无线传感器网络的密钥管理方案进行了详细的讨论，包括对密钥和组密钥管理方案。分别涵盖了方案的分类、评估标准和各自经典的代表方案。再者，基于分簇的异构无线传感器网络在安全性、连通性和能耗方面与同构网络相比有明显的优势。针对一些基于分簇的密钥方案，簇头节点被捕获时会对其他节点产生严重的安全威胁，结合工程实践本文基于对称多项式和LU矩阵提出了一种高效的基于分簇的LPKPM方案。将由对称多项式组成的LU矩阵分解成L矩阵和U矩阵，L矩阵和U矩阵用于簇头节点的密

6、钥预分配，使簇头节点的安全阈值得到了提升。理论分析和模拟结果显示本方案相比于其他方案不仅有较好的连通性和安全性，也降低了存储消耗。最后，考虑到无线传感器网络的很多应用模式都是组群通信，通信时用组密钥加密信息，所以对组密钥管理方案进行分析研究。以GKD方案为基础，分析了GKD方案存在孤立节点，而且该节点的存储和通信开销比较大等缺陷，本文结合工程实践提出了一种基于簇结构的密钥预分配方案NGKD。该方案把网络内的所有节点划分成若干个簇，改变了传统分簇网络中簇头使用层次密钥加密并分配组密钥的方式，而采用广播组密钥加密密钥来完成组密钥的更新过程。NG

7、KD方案结合了分簇及广播的双重优势，有效地降低了簇头节点在存储与通信方面的消耗，加密多项式以及组密钥分量更新使网络安全得到保障，克服了GKD方案存在孤立节点、存储、通信开销大的不足。关键词:无线传感器网络，密钥管理，分簇式，组密钥更新IAbstractSecurityissuesinwirelesssensornetworkshavebeenvaluedwiththewideapplicationofthenetwork.Wirelesssensornetworkshaveaverygoodapplicationvalueinmanyare

8、as,includingenvironmentalmonitoring,nationaldefense,healthcare,homecare,etc,andtheseappli