无线传感器网络基于身份的密钥建立协议综述

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1、第３７卷第８期计算机科学Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．８２０１０年８月ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅＡｕｇ２０１０无线传感器网络基于身份的密钥建立协议综述付小晶张国印马春光（哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院哈尔滨１５０００１）摘要无线传感器网络（ＷＳＮ）的高度自治和资源严重受限等特点，使其安全问题比传统Ａｄｈｏｃ网络面临更大的挑战。密钥管理是ＷＳＮ安全的一个基本问题，密钥建立作为密钥管理的重要内容，必须兼顾安全性和性能等方面因素。综述了ＷＳＮ基于身份的密钥建立协议。介绍了基于身份密码体制的基本要素，给出了基于身份的密钥协商协议的安全属性和安全模型，详细分析比较了现有的ＷＳ

2、Ｎ基于身份的密钥建立协议，指出了它们安全性和性能方面的不足，并对未来的研究方向进行了探讨。关键词基于身份密码体制，无线传感器网络，密钥建立，密钥协商中图法分类号ＴＰ３９３文献标识码ＡＳｕｒｖｅｙｏｎＩｄｅｎｔｉｔｙ－ｂａｓｅｄＫｅｙＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔＰｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓＦＵＸｉａｏ－ｊｉｎｇＺＨＡＮＧＧｕｏ－ｙｉｎＭＡＣｈｕｎ－ｇｕａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

3、ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮ）ｓｅｃｕｒｉｔｙｆａｃｅｓｍｏｒｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｔｈａｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＡｄｈｏｃｎｅｔｗｏｒｋｓｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈｌｙｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｌｉｍｉｔｅｄｅｎｅｒｇｙ．ＫｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｅｃｕｒｉｔｙｉｓｓｕｅｓｉｎＷＳＮ．Ａｓａｖｉ－ｔａｌｐａｒｔｏｆｋｅｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｓｅｓｓｉｏｎｋｅｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｎｅｅｄｓｔｏａｃｈｉｅｖｅａｔｒａｄｅ－ｏｆｆｂｅｔｗｅｅｎｓｅｃｕｒｉｔｙａ

4、ｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｓｕｒｖｅｙｏｎＩｄｅｎｔｉｔｙ－ｂａｓｅｄｋｅｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｉｎＷＳＮｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｗｅｆｉｒｓｔｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｉｄｅｎｔｅｄｉｔｙ－ｂａｓｅｄｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙｆｒｏｍｉｔｓｔｈｒｅｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｉｍｉｔｉｖｅｓ，ｔｈｅｎｐｒｅｓｅｎｔｅｄｓｏｍｅｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙｍｏｄｅｌｓｏｆｉ－ｄｅｎｔｉｔｙ－ｂａｓｅｄｋｅｙａｇｒｅｅｍｅｎｔｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｉｄｅｎｔｉｔｙ－

5、ｂａｓｅｄｋｅｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｐｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒＷＳＮｔｏｐｏｉｎｔｏｕｔｔｈｅｉｒｓｈｏｒｔａｇｅｓ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａｏｆＩｄｅｎｔｉｔｙ－ｂａｓｅｄｋｅｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｆｏｒＷＳＮｉｎｔｈｅｆｕ－ｔｕｒｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＩｄｅｎｔｉｔｙ－ｂａｓｅｄｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｋｅｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ，Ｋｅｙａｇｒｅｅｍｅｎｔ节点的共享密钥。该方式存在密钥环中的密钥利用不充分、１引言密钥存储量较大和安全性不高等缺点。（３）基于

6、公钥方式。无线传感器网络（ＷＳＮ，ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ）是一每个节点预装载公私钥对，采用公钥体制在两个节点之间建种特殊的Ａｄｈｏｃ网络，与传统Ａｄｈｏｃ网络相比具有节点数立唯一的共享会话密钥。节点被捕以及增加删除不影响其他量大、密度高、资源更加受限、节点移动较少、节点高度自治和节点的密钥。基于公钥方式比基于ＫＤＣ方式和密钥预分配节点容易失效等特点。因此，传统Ａｄｈｏｃ网络的密钥建立协方式代价高，但具有密钥存储量低、密钥连通度高、网络扩展议不能直接应用于ＷＳＮ。目前，ＷＳＮ中节点间的会话密钥性好和安全性高等优点。建立通常采用３种方式：（１）

7、基于密钥分配中心（ＫＤＣ，Ｋｅｙ在ＷＳＮ早期研究中，普遍认为公钥体制由于其计算复［１］ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ）方式。ＳＰＩＮＳ协议是第一个采用此方杂性的限制，不适用于资源受限的ＷＳＮ。但近年的研究成［６－１１］式的协议，它要求基站和簇中所有节点分别共享一个对称密果表明，公钥体制可以应用于ＷＳＮ。特别地，文献［１２］钥，任何一对节点的会话密钥建立必须依赖基站。该方式具指出，基于身份密码体制是最适合ＷＳＮ的公钥体制。在有密钥存储量较低的优点，但基站的负载较重，容易成为网络ＷＳＮ中采用基于身份密码体制实现会话密钥的建立具有如中的性能瓶颈和攻击目标。（２）

8、密钥预分配方式。典型协议