无线传感器网络中基于临时初始密钥的密钥预分配协议的研究

论文摘要

无线传感器网络的广泛适用性使得无线传感器网络的研究成为热点。目前关于无线传感器网络的研究主要关注在路由、拓扑控制、定位技术、时间同步、安全技术、数据管理、数据融合、硬件平台和操作系统等方面。无线传感器网络安全方面的研究主要集中在入侵检测机制和密钥管理协议等方面。为了保证任务的机密布置和任务执行结果的安全传递和融合，无线传感器网络需要实现一些最基本的安全机制：机密性、完整性、点到点的消息认证和广播消息认证等，这些正是密钥管理协议需要解决的问题。因而，密钥管理协议的设计是无线传感器网络安全技术的基本问题，也是本文的研究重点。针对网络中相邻节点间通信、局部广播通信及新节点认证中的安全问题，本文提出了无线传感器网络中基于临时初始密钥的密钥预分配协议一PLA协议。PLA协议要求在网络部署的时候为每个节点分配唯一的标识符和相同的临时初始密钥。节点基于临时初始密钥和相关信息建立用于节点对之间通信的密钥(Pairwise Key，简称点对密钥)、用于与其所有邻居节点同时通信的局部广播密钥(Local Broadcast Key，简称局部广播密钥)、以及用于认证新加入节点的认证密钥(Authentication Key，简称认证密钥)。与现有协议如LEAP协议和OTMK协议相比较，PLA协议降低了能耗，提高了安全性。在PLA协议的设计过程中，综合考虑了多种技术的需求，实现了安全技术与数据融合、安全技术与拓扑控制的结合，实现了能源的高效利用，符合无线传感器网络协议设计的需求和趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 1.1.2 无线传感器网络的限制
• 1.1.3 无线传感器网络的特征
• 1.1.4 无线传感器网络的应用
• 1.2 无线传感器网络的安全需求及研究方向
• 1.3 本文组织
• 第二章 无线传感器网络中密钥管理协议的研究与分析
• 2.1 无线传感器网络中密钥管理协议的分类
• 2.2 基于基站的密钥管理协议
• 2.3 基于密钥池的密钥预分配协议
• 2.4 基于临时初始密钥的密钥预分配协议
• 2.5 小结
• 第三章 PLA协议的设计
• 3.1 PLA协议概述
• 3.2 PLA协议的详细设计
• 3.2.1 密钥初始化
• 3.2.2 新节点的密钥初始化
• 3.3 PLA协议的安全性
• 3.4 小结
• 第四章 PLA协议的性能分析和模拟
• 4.1 性能分析
• 4.1.1 密钥初始化的能耗分析
• 4.1.2 新节点密钥初始化的能耗分析
• 4.2 性能模拟
• 4.2.1 模拟程序设计
• 4.2.2 模拟密钥初始化的能耗
• 4.2.3 模拟新节点密钥初始化的能耗
• 4.3 理论分析与模拟实验比较
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 已完成工作
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果