【摘要】：異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理是關(guān)系到傳感網(wǎng)安全的關(guān)鍵因素,密鑰管理協(xié)議設(shè)計(jì)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著傳感網(wǎng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已從最初的同構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天的異構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)現(xiàn)有異構(gòu)性研究不足,在無線傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議的研究中,應(yīng)該充分考慮到客觀存在的傳感網(wǎng)異構(gòu)性,結(jié)合傳感網(wǎng)中傳感器節(jié)點(diǎn)受限的資源特性,設(shè)計(jì)實(shí)用化的、適應(yīng)一定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景的高效安全的密鑰管理協(xié)議,這將具有更高的難度和更大的挑戰(zhàn)性。無線傳感網(wǎng)密鑰管理研究的主要關(guān)注點(diǎn)是對(duì)稱密碼管理機(jī)制中的密鑰預(yù)分配協(xié)議和非對(duì)稱密碼管理機(jī)制中的可認(rèn)證密鑰協(xié)商策略�，F(xiàn)有的密鑰管理協(xié)議都各有針對(duì)性,或者是對(duì)某些性能的提高,或者適用于某種應(yīng)用環(huán)境中,并沒有考慮到對(duì)協(xié)議性能的全局化評(píng)估,來獲得最優(yōu)化策略。本文圍繞著傳感網(wǎng)異構(gòu)性特征,從密鑰預(yù)分配、密鑰協(xié)商、跨層設(shè)計(jì)及協(xié)議性能優(yōu)化等幾方面進(jìn)行了如下研究:(1)現(xiàn)有的基于組合設(shè)計(jì)的密鑰預(yù)分配協(xié)議,當(dāng)應(yīng)用在大規(guī)模傳感網(wǎng)中往往難于實(shí)現(xiàn),且協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí),并不考慮傳感網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出的協(xié)議只適用于分布式的同構(gòu)傳感網(wǎng),在層簇式異構(gòu)傳感網(wǎng)中并不適用。為解決組合設(shè)計(jì)密鑰預(yù)分配協(xié)議中出現(xiàn)的這些問題,本文以BIBD和TD設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特征為切入點(diǎn),定義了一個(gè)新的區(qū)組設(shè)計(jì),即w-平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)(w-BIBD)。并在該定義的基礎(chǔ)上,分別構(gòu)造了一個(gè)二維空間和三維空間的w-BIBD,將這兩個(gè)區(qū)組設(shè)計(jì)映射到密鑰預(yù)分配協(xié)議中,設(shè)計(jì)出基于w-BIBD和基于EX-w-BIBD的密鑰預(yù)分配協(xié)議�？紤]到設(shè)計(jì)的兩個(gè)w-BIBD協(xié)議具有如下特點(diǎn),如任意兩個(gè)區(qū)組存在共享密鑰,則共享密鑰的個(gè)數(shù)一定會(huì)大于等于2,提出了半密鑰的概念。在密鑰池中存儲(chǔ)半密鑰,并將其應(yīng)用在密鑰預(yù)分配協(xié)議中,能有效提高共享密鑰安全系數(shù),并且將網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性提高了一倍,且節(jié)省了密鑰存儲(chǔ)空間。實(shí)驗(yàn)表明,w-BIBD區(qū)組設(shè)計(jì)連通性強(qiáng),可用于異構(gòu)傳感網(wǎng)的簇間通信,而EX-w-BIBD的高抗毀性和可擴(kuò)展性更適用于異構(gòu)傳感網(wǎng)的簇內(nèi)通信。(2)節(jié)點(diǎn)能耗是傳感網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)的一個(gè)重要衡量指標(biāo),如果網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)傳輸不均勻,會(huì)造成負(fù)載重的節(jié)點(diǎn)過早死亡,尤其是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的均衡性,一旦關(guān)鍵部位節(jié)點(diǎn)過早死亡,則采集數(shù)據(jù)無法傳給sink節(jié)點(diǎn),從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)失效。為了平衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載,延長(zhǎng)傳感網(wǎng)有效的生命周期,本文以能量均衡為切入點(diǎn),設(shè)計(jì)了異構(gòu)傳感網(wǎng)的跨層密鑰管理協(xié)議。協(xié)議以節(jié)點(diǎn)剩余能量作為主要衡量指標(biāo),以為傳感網(wǎng)中有路由關(guān)系的節(jié)點(diǎn)通信建立會(huì)話密鑰為基礎(chǔ),建立了路由驅(qū)動(dòng)的基于橢圓曲線密碼體制的可認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,協(xié)議保證了網(wǎng)絡(luò)能耗均衡和安全性的同時(shí),存儲(chǔ)需求適合傳感器節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間,計(jì)算復(fù)雜性和能耗均控制在傳感器節(jié)點(diǎn)性能指標(biāo)范圍內(nèi)。(3)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議的設(shè)計(jì),往往是以某一兩個(gè)性能為主要優(yōu)化指標(biāo),或者是連通性,或者是抗毀性等等,在強(qiáng)調(diào)某個(gè)性能提升的時(shí)候,往往會(huì)造成另一個(gè)性能下降。但由于傳感網(wǎng)具體應(yīng)用在不同的環(huán)境中,進(jìn)行密鑰管理協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí),可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)各方面性能需求的優(yōu)先級(jí)來完成適當(dāng)?shù)拿荑�協(xié)議設(shè)計(jì)。但如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境沒有特殊要求,那當(dāng)多個(gè)性能進(jìn)行衡量比較時(shí),將考慮對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排列。為了均衡這些性能的關(guān)系,從協(xié)議性能的全局優(yōu)化角度出發(fā),以節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性為切入點(diǎn),為密鑰預(yù)分配協(xié)議的計(jì)算耗費(fèi)、能量耗費(fèi)、連通性和抗毀性建立了最優(yōu)化模型,并通過這四個(gè)性能指標(biāo)建立了一個(gè)全局化優(yōu)化模型,利用超網(wǎng)理論,將最優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成變分不等式,最終獲得密鑰預(yù)分配協(xié)議性能的全局最優(yōu)解。并且通過對(duì)E-G的實(shí)例化,驗(yàn)證了該優(yōu)化策略的有效性和可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN918.4;TP212.9
【圖文】：

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

傳感網(wǎng)非對(duì)稱密鑰管理協(xié)議分類Fig.1.4ClassificationofasymmetrickeymanagementprotocolsinWSNs[85]

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2803667