传感器网络中对密钥管理方案的研究

论文摘要

无线传感器网络是一种由大量传感器节点构成的网络,用于协作的探测采集和处理覆盖区域中的信息,并发送给观察者。无线传感器网络的资源有限,存储、计算、通信能力以及带宽传输能力等等的限制,使得传感器网络面临严峻的安全问题。通信安全是传感器网络安全的一个重要问题。可行和高效的密钥管理机制是通信安全的关键前提,而任意两个节点之间的通信所需要的对密钥是密钥管理的核心。本文首先系统地介绍了无线传感器网络的概念、特点、应用、研究热点、面临的威胁和安全需求,以及对密钥管理技术的研究现状。其次,在没有可信第三方的情况下,利用可信分簇结构提出了基于可信分簇的对密钥管理方案。使得任意两个簇头之间都可以建立对密钥,簇内的任意两个节点也可以建立对密钥,降低了建立对密钥时的通信量及节点的密钥存储量,并且在对密钥更新时的通信负载也得到降低。再次,我们提出了基于横截设计的密钥预分发方案,该方案能够显著提高密钥连通性,可以有效地解决节点被捕的问题,增强网络安全性。最后,在上述研究的基础上,结合传感器网络的对密钥管理技术的研究动态,提出了路径密钥的建立方案,实验表明,密钥预分发结束后没有对密钥的节点可以通过该方案安全高效地建立对密钥。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 第1章 绪论
• 1.1 传感器网络的研究背景
• 1.2 传感器网络的特点
• 1.3 传感器网络的应用
• 1.3.1 军事应用
• 1.3.2 环境应用
• 1.3.3 医疗应用
• 1.3.4 家庭应用
• 1.4 传感器网络的研究热点
• 1.4.1 MAC层协议
• 1.4.2 路由
• 1.4.3 能源感知计算
• 1.4.4 自组织
• 1.4.5 时间和空间的约束
• 1.4.6 安全
• 1.5 课题来源及内容
• 第2章 传感器网络中对密钥研究现状
• 2.1 传感器网络的安全目标
• 2.2 传感器网络面临的安全威胁
• 2.3 对密钥管理的评估指标
• 2.4 传感器网络中的对密钥管理研究现状
• 2.4.1 基于随机概率的密钥预分发对密钥建立方案
• 2.4.2 基于双变量多项式随机密钥预分发对密钥建立方案
• 2.4.3 基于地理位置的对密钥建立方案
• 2.4.4 多路径密钥增强方案
• 2.4.5 基于组合论的对密钥建立方案
• 第3章 分簇传感器网络中对密钥管理方案
• 3.1 本章基础知识
• 3.1.1 双变量多项式
• 3.1.2 秘密共享方案
• 3.2 网络模型假设
• 3.3 基于双变量多项式的对密钥建立方案
• 3.3.1 符号说明
• 3.3.2 主双变量多项式的生成
• 3.3.3 簇头间对密钥的生成
• 3.3.4 簇成员间对密钥的生成
• 3.3.5 拓扑变化时对密钥的建立
• 3.4 性能分析
• 3.4.1 安全性分析
• 3.4.2 计算开销
• 3.4.3 通信开销
• 3.5 实验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 传感器网络中基于横截设计的密钥预分发方案
• 4.1 横截设计及相关定义
• 4.2 映射关系和网络模型假设
• 4.2.1 映射关系
• 4.2.2 网络模型假设
• 4.3 策略描述
• 4.3.1 密钥预分发阶段
• 4.3.2 共享密钥建立阶段
• 4.3.3 路径密钥建立阶段
• 4.4 性能分析
• 4.4.1 密钥连通概率
• 4.4.2 安全性分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 传感器网络中路径密钥建立方案
• 5.1 路径密钥的定义
• 5.2 多路径密钥增强方案
• 5.3 改进的多路径对密钥建立方案
• 5.4 安全性分析
• 5.5 实验结果及分析
• 5.5.1 实验环境及参数
• 5.5.2 门限值对成功恢复对密钥的影响
• 5.5.3 对中间节点的攻击对成功恢复对密钥的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文的成果
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历