无线传感器网络安全协议的研究

论文摘要

无线传感器网络是由大量低成本、低功耗、具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的微型传感器节点通过自组织方式形成的网络,其应用广泛,但也存在包括安全性、能耗等一系列问题。本文分析了无线传感器网络的体系结构和特点、无线传感器网络的安全需求以及面临的安全威胁和常用的防御手段。深入分析了无线传感器网络密钥管理的特点,以及评价指标。着重研究了当前研究比较多的密钥预分配机制,包括基本的预先配置的密钥预分配方案、纯概率模型预分配方案、基于多项式计算的预分配方案、基于矩阵运算的预分配方案,分析了它们各自的优缺点。通过对已有方案研究分析,设计出一种基于哈希函数与公钥加密结合的密钥预分配方案,该方案在保证节点连通概率的前提下,利用单向函数和公钥加密的方法对节点密钥环进行保护,极大提高了传感器网络的抗节点俘获性能,并且能在安全链路建立时对伪造节点进行识别,从而提高了传感器网络安全性。针对无线传感器网络设计的开源嵌入式操作系统TinyOS,分析了TinyOS基于组件架构的体系结构,阐述了TinyOS的调度策略、能量管理机制以及并发模型,完成了程序设计与仿真,并对该方案的节点能量损耗进行了初步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线传感器网络的发展
• 1.3 无线传感器网络的应用
• 1.4 无线传感器网络体系结构
• 1.4.1 传感器节点组成
• 1.4.2 无线传感器网络协议栈
• 1.5 无线传感器网络特征
• 1.5.1 与现有无线网络的区别
• 1.5.2 自身特点
• 1.6 无线传感器网络的安全风险
• 1.7 本文的主要工作及篇章结构
• 第二章 无线传感器网络的安全问题
• 2.1 传感器网络的安全需求
• 2.1.1 与传统网络相同的安全需求
• 2.1.2 传感器网络特有的安全需求
• 2.2 传感器网络安全解决思路需要考虑的因素
• 2.3 传感器网络中的攻击
• 2.4 无线传感器网络安全的研究现状
• 2.4.1 物理层安全对策
• 2.4.2 数据链路层安全对策
• 2.4.3 网络层安全对策
• 2.4.4 传输层安全对策
• 2.4.5 应用层安全防御
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线传感器网络密钥预分配方案
• 3.1 安全方案的评估指标
• 3.2 基于KDC 的密钥管理方案
• 3.3 典型的预分配方案
• 3.3.1 预先配置的密钥管理方案
• 3.3.2 纯概率模型密钥预分配方案
• 3.3.3 基于多项式计算密钥预分配方案
• 3.3.4 基于矩阵运算密钥预分配方案
• 3.3.5 一种基于公钥机制与HASH 函数结合的密钥预分配方案
• 3.4 本章小结
• 第四章 TinyOS 分析和能耗仿真
• 4.1 无线传感器节点操作系统的基本要求
• 4.3 TinyOS 的调度机制
• 4.4 nesC 语言
• 4.5 TOSSIM 的系统结构和仿真方法
• 4.6 程序设计
• 4.7 结果分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文