基于hnn密钥共享机制探究

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1、基于HNN密钥共享机制探究　　摘要：安全与认证问题一直是无线传感器网络所面临的棘手难题之一，尤其是在有敌意的环境中。针对无线传感器网络通信内容易被窃听和篡改的问题，提出了一种基于Hopfield神经网络（HNN）的密钥共享协议。该协议通过利用HNN的收敛特性，在任意两个节点之间建立安全通信所需的共享密钥，同时将密钥量化为[i]位字符串以防止暴力破解攻击。最后实例化验证了此方案的有效性。关键词：无线传感网络；密钥共享；安全通信；Hopfield神经网络中图分类号：TN918?34；TP393文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）15?0084?04Resea

2、rchonHNN?basedsharingmechanismofsecretkeyYANWen?yao1，GAOAng2，WANGZhi?xiao2，3（1.Xi’anInnovationCollegeofYan’anUniversity，Xi’an710100，China；2.SchoolofElectronicandInformationEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China；3.SchoolofComputerScienceandEngineering，8Xi’anUniversityofTechn

3、ology，Xi’an710048，China）Abstract：Securityandauthenticationhavebeenoneofthornyproblemsinwirelesssensornetworks，especiallyinahostileenvironment.Aimingattheproblemofeavesdroppingandtamperingwiththecontentsinwirelesssensornetworkcommunication，asecretkeysharingprotocolbasedonHopfieldneuralnetw

4、ork（HNN）isproposed.ByusingtheconvergencecharacteristicsofHNN，thesharingsecretkeyneededbysafetycommunicationisestablishedbetweenanytwonodes，inwhichthekeyisquantifiedintoi?bitcharacterstringtopreventbruteforceattack.Theeffectivenessoftheschemeisprovedbyinstantiation.Keywords：wirelesssensorn

5、etwork；keysharing；safetycommunication；Hopfieldneuralnetwork0引言8无线传感器网络布署在缺乏基础设施的开放环境中，数据在传输过程中容易被窃听和篡改。解决办法就是通过认证手段，在任意两个节点之间建立一条安全链路，从而实现实体认证和保密通信。然而，上述方法需要建立和分发密钥，即需要密钥共享，因此，如何建立共享密钥是必需要解决的问题。传统的密钥协商方案使用一个在线的可信密钥分发中心（KDC）[1]（具备足够的物理防护），通过非对称加密技术（如RSA加密方案[2]）建立对称的会话密钥。但是非对称加密技术过分依赖于公钥基础设

6、施（PKI）进行密钥管理，并不适合在无线传感器网络中使用。同时，为了减少对可信第三方TTP（TrustedThirdParty）的依赖，文献[3?5]相继提出了使用离线TTP进行密钥预分配的方法。但是密钥信息需要预先分配给缺少先验拓扑知识的传感器节点，从而导致节点存储开销较大。此外，网络部署之后密钥难以更新也是需要解决的问题。8针对基于可信中心的密钥协商方案所面临的问题，文献[6]中Diffie等人基于离散对数难题提出了一种无需TTP的密钥协商机制。但是该协议存在安全漏洞[7]，容易遭受中间人攻击。文献[8]中Mathur等人基于无线信道多径衰减的特性提出了一种建立比特共

7、享密钥的方案。但是使用该方案提取共享密钥要求通信实体静止不动（即位置固定不变），这就不适用于网络拓扑动态变化的无线传感器网络。此外，为了降低比特密钥的误码率，针对比特值的评估会产生较大的计算和通信开销。本文针对无线传感器网络通信内容易被窃听和篡改的问题，提出了一种基于Hopfield神经网络（HNN）的密钥共享协议。该协议通过利用HNN的收敛特性，在任意两个节点之间建立安全通信所需的共享密钥，同时将密钥量化为[i]位字符串以防止暴力破解攻击。1Hopfield神经网络Hopfield提出了一种具有收敛性的神经网络[9]。与前馈