SSL协议在ZigBee无线数据采集与传输系统中的研究与应用

论文摘要

近年来,随着微机电系统（micro-electro-mechanism system,简称MEMS）、无线通信、信息网络与集成电路等技术的迅速发展,新兴的无线传感器网络（wirelesssensor networks,简称WSN）应运而生,WSN中的传感器节点一般都具备数据处理和通信能力,并通过无线链路或直接或间接地将收集到的信号转化为数据发送到一个指令中心（sink）。这种协作分布式传感器网络的一种自然组织结构,就是在各传感器节点间以无线多跳方式组成一个自组织网络[3,4]。集成了网络技术、嵌入式技术及传感器技术的WSN将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起,同时深刻改变了人与自然的交互方式。而随着计算机与网络技术的飞速发展,计算机网络在带给人们巨大利益的同时也提出了严峻的挑战。网络安全问题日益突出,该问题在有些方面所造成的破坏几乎超越了网络创造的价值。网络安全问题已经引起了人们的高度重视,成为当前研究的热点。本论文根据当前网络安全技术的发展现状,结合已经开发的烟草仓储环境无线监控项目,以SSL协议为基础,利用开放源代码的OpenSSL软件包,初步构建了安全的数据采集与传输系统基本框架。论文重点讨论了建立安全数据传输隧道采用的技术、数据结构、安全功能模块等。该系统主要应用了数据加密、身份认证等技术来保证数据的保密性、完整性以及数据传输双方身份的合法性和不可否认性。系统主要由数据采集部分和数据传输部分构成。数据采集部分,为了提高数据采集的安全性和降低嵌入式设备的负荷,将简化的DES加密算法与网络协议相结合,采集数据的同时对数据进行加密,保护了数据。数据传输部分,构建了C/S结构的安全数据传输隧道,为数据传输两端提供了安全的数据传输。系统中的安全数据采集与传输方式可以为其他应用提供借鉴作用,另外安全传输隧道模块可以独立出来作为单独的模块或控件嵌入到其他应用中。当前论文初步构建了整个系统的框架和主要功能模块,制定了基本的数据结构,数据采集端实现了应用简化DES算法加密的采集模式,在数据传输端实现了安全数据传输隧道模块。但是整个系统还处于试验阶段,还有许多需要改进和完善的地方,同时这些方面也是以后研究工作的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词一览表
• 第一章 绪论
• 第一节 论文的背景和意义
• 1.1.1 ZigBee与无线传感器网络（WSN）数据采集与传输系统概述
• 1.1.2 网络安全技术的发展现状
• 第二节 论文研究的主要内容
• 1.2.1 数据采集与传输系统框图
• 1.2.2 应用SSL构建安全的数据传输模块
• 第三节 论文的内容安排
• 第二章 安全套接层协议（SSL）及其关键技术
• 第一节 SSL协议的特点和体系结构
• 第二节 SSL协议的主要内容
• 2.2.1 记录层协议（Record Layer Protocol）
• 2.2.2 握手协议（Handshake Protocol）
• 2.2.3 修改密钥参数协议（Change Cipher Spec Protocol）
• 2.2.4 警告协议（Alert Protocol）
• 2.2.5 会话状态和与连接状态
• 第三节 SSL协议的加密算法和密钥体系
• 2.3.1 SSL协议中主要的加密算法
• 2.3.2 SSL协议的密钥组体系
• 第四节 SSL协议中的认证体系
• 2.4.1 SSL协议中的数字认证技术
• 2.4.2 基于PKI的CA认证
• 2.4.3 数字证书格式
• 2.4.4 PKI的信任模型和系统内CA认证中心
• 第五节 SSL协议的全性分析
• 2.5.1 常用的网络攻击手段简述
• 2.5.2 SSL采用的安全性策略分析
• 第三章 安全的数据采集与传输系统设计
• 第一节 数据采集端安全设计
• 第二节 数据传输系统整体架构
• 3.2.1 系统的设计思想和设计目标
• 3.2.2 系统整体结构分析
• 3.2.3 系统功能结构分析
• 第三节 系统主要模块分析
• 3.3.1 应用层模块和管理模块
• 3.3.2 核心控制程序
• 3.3.3 握手层模块
• 3.3.4 记录层模块
• 第四节 数据传输系统开发环境和系统实现
• 3.4.1 系统开发环境
• 3.4.2 系统主要模块的实现
• 第五节 系统整体仿真
• 3.5.1 系统仿真环境
• 3.5.2 系统仿真结果分析
• 第四章 结语
• 第一节 论文工作总结
• 4.1.1 论文工作综述
• 4.1.2 论文工作的突出点
• 4.1.3 论文工作的不足点
• 第二节 后续工作建议
• 附录 主程序主要源代码
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参与导师主持的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表