面向传感器网络的密钥管理和入侵预防检测研究

论文摘要

传感器网络在军事、环境、健康、交通和商业领域应用前景非常广泛。由于传感器节点资源有限,复杂的安全算法无法应用在传感器网络中,其安全问题面临严峻挑战。因此,对传感器网络安全机制的研究有重要意义。本文分析了传感器网络面临的多种攻击,结合传感器网络自身特点给出了传感器网络的安全解决方案。首先对传感器网络的随机密钥预分配方案进行了研究,给出了一种基于组群的传感器网络密钥随机预分配方案,相对于已有的密钥预分配方案,本文给出的方案在不占用更多节点资源的情况下,具备更好的安全性能,能显著地提高网络的安全连通性,降低网络的能耗,并且方案还支持大规模传感器网络。另外,还分析传感器网络中的消息认证协议,并给出一种感知消息认证方法。传感器网络采集数据比较多,感知消息数量大,且重复性高,重要性不同于控制消息,因此采用密钥链认证方法。该方法在保证消息安全地到达目的地情况下,减少了整个过程的计算量、存储量以及通信开销,从而提高了执行效率。最后针对已有的入侵检测方案不足,给出了一种基于信任机制的分簇传感器网络入侵检测方案。该方案以节点行为为依据,同时引入信任机制,减少了计算量,更能准确的判断网络中存在的攻击,从而提高了检测恶意节点攻击的成功率,降低误报率。实验验证了该方案减少了检测过程中的计算和通信开销,能够实现实时检测,具有较高的检测准确度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 传感器网络体系结构
• 1.2.1 节点结构
• 1.2.2 传感器网络结构
• 1.2.3 传感器网络协议栈
• 1.3 传感器网络特点
• 1.4 传感器网络安全
• 1.4.1 传感器网络安全限制
• 1.4.2 传感器网络安全目标
• 1.4.3 传感器网络安全问题分析
• 1.4.4 传感器网络安全问题解决办法
• 1.5 本文研究内容
• 1.5.1 本文工作
• 1.5.2 本文主要创新点
• 1.5.3 本文组织结构
• 第二章 传感器网络密钥管理研究
• 2.1 密钥管理安全和性能评价
• 2.2 密钥分配方法
• 2.3 确定性预分配模式
• 2.4 基于数据结构密钥预分配模式
• 2.5 随机预分配模式
• 2.5.1 基本随机密钥预分配方案
• 2.5.2 对E-G方案的几种改进随机预分配方案
• 2.5.3 基于地理信息或部署信息的随机密钥预分配方案
• 2.6 基于组群的随机密钥预分配方案
• 2.6.1 基于组群的随机密钥预分配方案
• 2.6.2 案例分析
• 2.6.3 性能分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 分簇传感器网络预防攻击方案
• 3.1 消息认证方法
• 3.2 一种预防攻击方案
• 3.2.1 认证控制消息
• 3.2.2 认证感知数据
• 3.3 性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 传感器网络入侵检测系统研究
• 4.1 网络入侵分类
• 4.2 传感器网络中入侵检测研究现状
• 4.2.1 基于流量的检测算法
• 4.2.2 基于生物免疫原理的检测算法
• 4.2.3 基于隐马尔可夫模型的检测算法
• 4.2.4 基于博弈论的检测算法
• 4.3 基于信任机制的分簇传感器网络入侵检测方案
• 4.3.1 分簇传感器网络系统结构
• 4.3.2 入侵检测系统
• 4.3.3 性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 TOSSIM仿真
• 5.1 TOSSIM仿真平台
• 5.2 仿真程序可视化调试分析
• 5.3 内部攻击检测仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间主要研究成果