无线传感器网络密钥管理

论文摘要

无线传感器网络密钥管理极具挑战性,不仅因为传感器节点拥有的资源有限,不宜采用非对称密码技术;同时也因为传感器节点暴露在恶劣甚至敌对环境中,易于被敌手俘获。虽然目前提出许多密钥分配协议,但没有一个协议能在扩展性、共享密钥概率、存储代价和抵御节点俘获攻击等方面同时具有良好性能。密钥管理协议采用的技术必须与具体网络需求和传感器节点拥有的资源一致。本文有以下几点贡献。第一,提出基于区域的密钥预分配协议,利用部署知识提高共享密钥的概率;第二,受Leighton和Micali所提协议的启发,提出异构传感器网络的密钥建立协议。协议保持Leighton-Micali协议的优点,同时兼有概率方式的灵活性,能提高网络抵御节点俘获攻击的能力;第三,提出非对称密钥预分配协议,并给出其下界、构造方法及其在传感器网络中的应用;第四,提出可用于微型传感器网络的轻量级密钥建立与管理协议–密钥传播与进化;最后,针对无监护传感器网络中的安全问题,提出mAKPS协议,用于处理密钥的分发和移动sink特权的限制。同时,提出安全的传感器网络数据存储和访问策略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 密钥管理的安全和操作需求
• 1.3 WSN密钥管理方案和协议分类
• 1.3.1 对称密钥管理与非对称密钥管理
• 1.3.2 分布式密钥管理和层次式密钥管理
• 1.3.3 静态密钥管理与动态密钥管理
• 1.3.4 随机密钥管理与确定密钥管理
• 1.4 典型的WSN密钥管理方案和协议
• 1.4.1 随机密钥预分配方案
• 1.4.2 基于地理信息或部署信息的密钥预分配方案
• 1.4.3 基于组合论的密钥预分配方案
• 1.4.4 SPINS和LEAP协议
• 1.4.5 基于EBS的动态密钥管理方案
• 1.4.6 对称与非对称混合密钥管理协议
• 1.4.7 自配置的密钥管理
• 1.4.8 密钥传播
• 1.5 本文主要工作及结构安排
• 1.5.1 主要工作
• 1.5.2 本文结构安排
• 第二章 基于区域的WSN密钥管理
• 2.1 背景
• 2.2 随机密钥预分配方案
• 2.3 基于区域的随机密钥预分配方案
• 2.3.1 基本思想
• 2.3.2 密钥预分配阶段
• 2.3.3 共享密钥发现阶段
• 2.3.4 路径密钥建立阶段
• 2.3.5 网络更新与扩展
• 2.4 基于区域的节点定位
• 2.5 小结
• 第三章 WSN密钥管理混合设计方案
• 3.1 背景
• 3.2 Leighton-Micali KDS
• 3.3 R-LM-KDS
• 3.4 性能评估
• 3.4.1 安全分析
• 3.4.2 密钥服务器数量
• 3.4.3 通信代价
• 3.4.4 存储代价
• 3.5 小结
• 第四章 非对称密钥预分配
• 4.1 背景
• 4.2 不可能的结果和熵界
• 4.3 非对称密钥预分配
• 4.3.1 协议模型
• 4.3.2 下界
• 4.4 非对称密钥预分配构造
• 4.4.1 无条件安全的非对称密钥预分配
• 4.4.2 计算安全的非对称密钥预分配
• 4.5 KMS数量估计
• 4.6 移动Sink
• 4.7 利用部署信息的密钥分配
• 4.8 小结和下一步工作
• 第五章 密钥传播与进化
• 5.1 背景
• 5.2 密钥传播
• 5.2.1 基本密钥传播协议
• 5.2.2 悄声传播协议
• 5.2.3 隐私放大
• 5.3 密钥传播协议概率模型
• 5.3.1 基本密钥传播协议
• 5.3.2 悄声密钥传播协议
• 5.3.3 隐私放大
• 5.4 基于组的密钥传播协议
• 5.4.1 协议描述
• 5.4.2 性能评估
• 5.5 基于组和密钥预分配的密钥传播协议
• 5.5.1 协议描述
• 5.5.2 性能评估
• 5.6 网络节点的添加
• 5.6.1 节点添加模型
• 5.6.2 协议描述
• 5.6.3 协议分析
• 5.7 密钥进化
• 5.7.1 协议描述
• 5.7.2 密钥同步协议
• 5.7.3 密钥材料老化
• 5.7.4 协议评估
• 5.8 小结
• 第六章 无监护传感器网络及移动sink的安全
• 6.1 背景
• 6.2 网络假设
• 6.3 m AKPS
• 6.3.1 非对称密钥预分配协议
• 6.3.2 Leighton-Micali密钥协商协议
• 6.3.3 m AKPS
• 6.3.4 安全和性能评估
• 6.3.5 移动sink特权限制
• 6.4 安全的数据存储与获取
• 6.4.1 双向Hash链
• 6.4.2 数据存储与获取
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果