基于多项式和混沌序列的无线传感器网络密钥管理方案

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1、第２７卷第７期计算机应用研究Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．７２０１０年７月ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓＪｕｌ．２０１０基于多项式和混沌序列的倡无线传感器网络密钥管理方案胡聚宁，毕红军，刘云，贾凡（北京交通大学通信与信息系统北京市重点实验室，北京１０００４４）摘要：针对现有密钥管理方案占据存储空间大和安全性差的缺点，提出了一种基于多项式和混沌序列的混合密钥管理方案。该方案使用多项式建立节点间的共享密钥减少网络的存储开销，利用混沌序列对初值的敏感性特点解决多项式安全门限的问题，从而防止密钥的泄露。结果表明，

2、本方案具有很高的安全性能，不仅节约了网络的通信资源，而且降低了节点的存储开销。关键词：无线传感器网络；密钥管理；多项式；混沌序列；安全门限中图分类号：ＴＰ３９３　　　文献标志码：Ａ文章编号：１００１唱３６９５（２０１０）０７唱２６０２唱０３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１唱３６９５．２０１０．０７．０５６ＫｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｐｏｌｙｎｏｍｉａｌａｎｄｃｈａｏｓｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓＨＵＪｕ唱ｎｉｎｇ，ＢＩＨｏｎｇ唱ｊｕｎ，ＬＩＵＹｕｎ，ＪＩＡＦａｎ（

3、KeyLaboratoryofCommunication＆InformationSystems，BeijingMunicipalCommissionofEducation，BeijingJiaotongUniversity，Beijing１０００４４，China）Abstract：Ｄｕｅｔｏｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｏｒａｇｅａｎｄｐｏｏｒｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｈｙｂｒｉｄｋｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｐｏｌｙｎｏｍｉａｌａｎｄｃｈａｏｔｉｃ

4、ｓｅｑｕｅｎｃｅ．Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｓｔｏｒａｇｅｔｈｒｏｕｇｈｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｓｈａｒｅｄｋｅｙｂｅｔｗｅｅｎｎｏｄｅｓ，ａｎｄｓｏｌｖｅｄｓａｆｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｐｒｏｂｌｅｍｉｎｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓｃｈｅｍｅｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｃｈａｏｓｏｎｉｎｉｔｉａｌｖａｌｕｅ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｔｈｅｌｅａｋａｇｅｏｆｋｅｙｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅｃａｎｐｒｏｖｉ

5、ｄｅａｈｉｇｈｌｅｖｅｌｏｆｓｅｃｕｒｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｎｏｔｏｎｌｙｓａｖｅｓｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｌｏｗｅｒｅｓｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｏｆｎｏｄｅｓ．Keywords：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮ）；ｋｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ；ｃｈａｏｓ；ｓｅｃｕｒｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［４］络的连通性和安全性。Ｃｈａｎ等人在基本随机密钥预分配的0引言基础上提出了q唱ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ的密钥对预分配方案，其要求两个节点之间至

6、少需要q个相同的密钥才能直接建立共享链路密无线传感器网络（ＷＳＮ）是由部署在监测区域内大量的微钥。这种方案在一定程度上提高了网络的安全性，但是当被捕型传感器节点组成的，通过无线通信方式形成的一个多跳的自获节点超过某个范围时，网络的安全性下降得更快。ＬｉｕＤｏｎｇ唱组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理信息，把最终［５］ｇａｎｇ等人在基于概率论方案和多项式方案的基础上，用多数据发送给用户。由于ＷＳＮ具有无可比拟的优势，它被广泛应用于军事国防、工农业控制、危险区域远程控制等领域［１］。项式池代替密钥池，在多项式构造中应用

7、安全门限值较大地提若ＷＳＮ部署在敌方环境时，节点将面临各种各样的攻击，因此高了安全性，但同时也增加了计算负载。之后，ＤｕＷｅｎ唱ｌｉａｎｇ［６，７］如何保证网络的安全性是近年来研究的热点。然而无线传感等人提出了多重空间的密钥预分配方案，提高了密钥环中［８］网络在能量消耗、计算能力、通信带宽等方面受到严格的限制，密钥的利用率。Ｔｒａｙｎｏｒ等人提出了适用于异构传感器网络传统的基于公钥和可信第三方的密钥分配协议并不适用于的密钥预分配方案。在该方案中，节点按照存储能力、计算能ＷＳＮ。力等被分为Ｈ唱节点和Ｌ唱节点，发挥Ｈ唱节点能量

8、充足、通信范基于以上原因，研究者们提出了多种密钥管理方案来满足围大、存储能力强的作用，降低了网络的能量消耗，同时达到了［２］［３］ＷＳＮ的要求。Ｅｓｃｈｅｎａｕｅｒ等人从安全性和节点存储空间比较理想的网络安全性。但是当大量Ｈ唱节点遭到破坏时，网考虑，提出了基于概率论的随机密钥预分配方案。该方案的基络的安