无线传感器网络中若干安全问题研究

论文摘要

无线传感器网络有着广泛的应用前景,但安全性是影响其发展的一个重要问题。本文对无线传感器网络中的若干安全相关问题展开了研究。本文的第一部分工作主要在无线传感器网中建立信任等级以此来加强其安全性。与传统的信任等级方案不同,我们认为网络存在不可靠性和不确定性,尤其在无线网络中。文中我们引入了“确认值”的概念来建立信任等级,并分析了证据空间、确认值和信任等级之间的一些性质,同时还建立了信任等级值的计算和分发模型。另外,本章在基本信任等级模型的基础上,针对一个节点只有一个信任等级值的不足,提出了基于事件的信任等级改进算法,每个节点根据其处理事件的种类不同可以存在多个信任等级,以此来加强网络的安全性,提高无线传感器网络的整体性能,延长节点在网络中的存活时间,提高节点的协作能力。在第一部分工作中。本文的主要创新点在于建立了基于不完全证据空间上的“确认值”,从而得到信任等级来加强无线传感器网络的安全;同时还建立了同一个节点基于不同事件的多个信任等级值的模型来提高网络的整体性能。本文的第二部分工作主要针对无线传感器网络中的各种DoS攻击设计了一个具有通用性的入侵检测模型。在无线传感器网络中部署监视节点和普通节点两类节点,其中监视节点通过监听无线信道得到普通节点的行为信息以及网络的当前状态,然后通过事先定义好的一些规则对收集到的信息进行检查,如果发现有不符合规则的行为信息,则产生报警信息。然后将该信息丢弃;如果还有余下的信息,则使用网络特征检测方式进行检测,如果还有不确定的数据,表明需要更多的信息来判断是否有入侵行为发生。在第二部分工作中,本文的主要贡献在于提出了一种通用的入侵检测机制,可以检测到已知类型的DoS攻击,同时还可以发现一些未知类型的攻击。本文的第三部分工作主要涉及无线传感器网络的会话密钥管理。由于无线传感器网络节点的资源受限,密钥管理是无线传感器网络中一个十分具有挑战性的问题。本文提出了一种基于信息的新型会话密钥管理模型,该模型根据相邻节点直接通信的特点,只需要在邻居节点间建立会话密钥,减少节点存储密钥空间;该机制将密钥更新和信息传递一起进行,还可以减少节点间更新会话密钥的传递通信开销,节约了能耗。另外,由于每次会话过程中,使用的加密和解密密钥都不相同,可以有效地防止物理攻击和信息偷听等攻击,有效地提高了系统抵抗攻击的能力。在第三部分工作中,本文的主要贡献是在资源有限的节点中,建立了基于信息的动态会话密钥更新机制来增强系统的安全性。

论文目录

• 目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络系统概述和特点
• 1.1.1 无线传感器网络系统概述
• 1.1.2 无线传感器网络特点
• 1.2 无线传感器网络应用
• 1.2.1 无线传感器网络在军事领域的应用
• 1.2.2 无线传感器网络在其他方面的应用
• 1.3 无线传感器网络的体系结构
• 1.3.1 无线传感器网络管理平面
• 1.3.2 无线传感器网络通信平面
• 1.4 传感器网络新发展和当前安全相关的研究热点及难点
• 1.4.1 传感器网络新发展
• 1.4.2 安全相关的研究热点和难点
• 1.5 研究内容和主要工作
• 1.6 论文结构
• 第二章 无线传感器网络安全问题研究现状
• 2.1 声誉、信任和安全机制
• 2.1.1 声誉、信任与安全
• 2.1.2 无线传感器网络中的信任
• 2.2 传感器网络入侵检测
• 2.2.1 入侵检测
• 2.2.2 无线传感器网络DoS攻击
• 2.3 传感器网络密钥管理
• 2.3.1 Ad Hoc中的密钥管理
• 2.3.2 传感器网络中密钥管理
• 第三章 无线传感器网络中基于信任等级的安全策略
• 3.1 概述
• 3.2 相关研究工作和存在问题
• 3.3 信任模型
• 3.3.1 证据空间与信任的定义
• 3.3.2 信任的性质
• 3.4 基本安全信任模型
• 3.4.1 基本的信任算法
• 3.4.2 模拟与性能分析
• 3.5 改进的信任模型
• 3.5.1 改进的算法
• 3.5.2 模拟结果及性能分析
• 3.6 小结及下一步的工作
• 第四章 无线传感器网络中的入侵检测
• 4.1 概述
• 4.2 攻击模型
• 4.3 相关研究工作和存在问题
• 4.4 基于特征提取和规则的入侵检测模型
• 4.4.1 基本知识
• 4.4.2 检测模型及假设
• 4.4.3 无线传感器网络入侵检测规范
• 4.4.4 无线传感器网络的运行特征
• 4.5 模拟和分析
• 4.5.1 网络实验模型
• 4.5.2 模拟结果与分析
• 4.6 小结及下一步的工作
• 第五章 无线传感器网络会话密钥模型
• 5.1 概述
• 5.2 相关工作与存在问题
• 5.3 密钥模型基础和网络假设
• 5.4 密钥管理机制
• 5.4.1 初始密钥及Hash计算
• 5.4.2 会话密钥管理
• 5.5 分析及改进模型
• 5.5.1 分析
• 5.5.2 改进算法
• 5.6 小结及下一步的工作
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文的研究成果
• 6.2 下一步的研究工作
• 参考文献
• 博士期间参加科研工作情况
• 攻读博士期间撰写的论文
• 致谢