本文關(guān)鍵詞：無線體域網(wǎng)的安全認證與密鑰協(xié)商機制研究

  更多相關(guān)文章： 無線體域網(wǎng) 安全認證 BAN邏輯 密鑰協(xié)商

【摘要】：近年來,無線傳感器技術(shù)取得了飛速發(fā)展,在軍事、醫(yī)療以及商業(yè)領域都發(fā)揮著巨大的作用。與此同時,無線體域網(wǎng)(WBAN)作為無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)的一種特殊應用逐漸進入人們的視野。無線體域網(wǎng)是一種以人體為中心的網(wǎng)絡,可以實時監(jiān)測人體內(nèi)的健康狀況,為老年人和殘疾人提供方便。無線體域網(wǎng)的通信主要分為體內(nèi)和體外兩個部分,體內(nèi)通信部分由若干個具有存儲和計算功能的微型傳感器和一個主傳感器節(jié)點組成,而體外通信部分由用戶便攜設備以及遠程醫(yī)療機構(gòu)構(gòu)成。然而無論是體內(nèi)還是體外的通信過程中都是采用無線網(wǎng)絡進行通信,在這種開放的環(huán)境下傳輸與人體健康狀況相關(guān)的生理信息存在著很大的安全威脅,需要嚴格的安全機制來保證無線體域網(wǎng)的安全。本文首先對無線體域網(wǎng)中存在的安全威脅以及安全需求進行了詳細的分析,其中體域網(wǎng)中存在的安全威脅主要包括網(wǎng)絡竊聽、重放攻擊、消息篡改、偽裝攻擊以及拒絕服務攻擊。一個安全的體域網(wǎng)架構(gòu)應當能夠滿足的安全需求主要有數(shù)據(jù)的機密性、數(shù)據(jù)的完整性、認證性以及數(shù)據(jù)的新鮮性。雖然在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡中已經(jīng)有很多的安全機制存在,但是鑒于無線體域網(wǎng)的獨特的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及特點,幾乎都不適用于體域網(wǎng),因此需要設計新型的安全協(xié)議來保證無線體域網(wǎng)的通信安全。本文中分別針對體內(nèi)和體外設計了新型的身份認證與密鑰協(xié)商協(xié)議,其中考慮到體內(nèi)傳感器節(jié)點有限的計算能力、存儲資源受限以及動態(tài)多跳星型拓撲結(jié)構(gòu)等特點,本文提出了四個基于對稱密鑰算法的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議,其中協(xié)議Ⅰ和協(xié)議Ⅲ是無需中繼節(jié)點協(xié)同的兩方認證與密鑰協(xié)商協(xié)議,協(xié)議Ⅱ與協(xié)議Ⅳ均是帶中繼節(jié)點三方認證與密鑰協(xié)商協(xié)議,協(xié)議Ⅰ以及協(xié)議Ⅱ是由中心節(jié)點定期發(fā)起的認證,而協(xié)議Ⅲ以及協(xié)議Ⅳ則是在緊急特殊情況下由普通傳感器節(jié)點發(fā)起的認證,這四種協(xié)議分別實現(xiàn)了在不同場景下無線體域網(wǎng)節(jié)點之間的選擇認證。另外,體外部分設計主要是考慮用戶移動終端和后臺存儲服務器之間的安全通信,采用雙線性對運算提出了一種新型的簽密方案實現(xiàn)了它們之間的身份認證與密鑰協(xié)商,新的方案在簡化計算復雜度的同時,還具有較高的安全性。其次,我們利用AUTLOG邏輯對協(xié)議Ⅰ與協(xié)議Ⅱ進行了安全性證明,并將其分別于現(xiàn)有的密鑰協(xié)商協(xié)議進行對比分析,結(jié)果表明,在安全性方面,針對體內(nèi)部分設計的四個協(xié)議可以抵抗DoS泛洪、抵抗被動攻擊、抵抗中間人攻擊并且具有前向安全性,可以滿足無線體域網(wǎng)的安全需求。同樣,我們對體外設計的基于雙線性對運算的認證與密鑰建立協(xié)議進行了詳細的安全性分析,分析表明本方案具有保密性、不可偽造性、抵抗重放攻擊,并且具有前向和后向安全性。最后,本文對體內(nèi)部分的協(xié)議Ⅰ和協(xié)議Ⅱ進行了仿真實驗,仿真主要包括計算運行時間以及能量損耗兩方面內(nèi)容。為了使分析結(jié)果更加清晰明確,將協(xié)議Ⅰ與協(xié)議Ⅱ分別于其他協(xié)議進行了比較分析。同時,本論文對所提出的體外部分的SS-MN基于身份的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議和現(xiàn)有的四種協(xié)議在Linux系統(tǒng)下使用PBC數(shù)據(jù)庫進行了仿真實驗,仿真包括算法中用戶終端和后臺服務器端計算所用的時間,結(jié)果顯示新方案在安全性和性能上達到了更好的平衡。
【關(guān)鍵詞】：無線體域網(wǎng) 安全認證 BAN邏輯 密鑰協(xié)商
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.4;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 論文研究內(nèi)容及安排17-19
• 第二章 相關(guān)背景知識19-29
• 2.1 無線體域網(wǎng)簡介19-21
• 2.1.1 無線體域網(wǎng)的應用結(jié)構(gòu)19-20
• 2.1.2 無線體域網(wǎng)中的安全威脅20-21
• 2.2 WBAN安全架構(gòu)21-25
• 2.2.1 改進的無線體域網(wǎng)體內(nèi)的拓撲結(jié)構(gòu)模型22-23
• 2.2.2 安全狀態(tài)與安全層次23-25
• 2.3 典型的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 無線體域網(wǎng)體內(nèi)安全認證與密鑰協(xié)商協(xié)議29-51
• 3.1 無線體域網(wǎng)體內(nèi)節(jié)點安全關(guān)聯(lián)流程圖29-30
• 3.2 BNC主動發(fā)起方式下的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議的設計30-33
• 3.3 BNC被動發(fā)起方式下的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議的設計33-35
• 3.4 形式化安全性證明35-42
• 3.4.1 信任邏輯簡介35-36
• 3.4.2 邏輯符號規(guī)則36
• 3.4.3 推理規(guī)則36
• 3.4.4 協(xié)議Ⅰ形式化證明過程36-39
• 3.4.5 協(xié)議Ⅱ形式化證明過程39-42
• 3.5 四個協(xié)議的安全性分析42-44
• 3.6 性能分析44-48
• 3.6.1 算法運行時間仿真分析44-47
• 3.6.2 計算能量損耗分析47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-51
• 第四章 一種適用于WBAN體外安全認證與密鑰建立的方案設計51-61
• 4.1 密碼學基礎知識51-54
• 4.2 SS-MN基于身份的認證與密鑰協(xié)商協(xié)議的設計54-56
• 4.3 安全性分析56-57
• 4.4 性能分析57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 總結(jié)和展望61-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67-69
• 作者簡介69-70

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉毅;宋余慶;;無線體域網(wǎng)技術(shù)研究[J];小型微型計算機系統(tǒng);2013年08期

2 孔令淑;姚向華;;無線體域網(wǎng)中的低功耗快速組網(wǎng)算法[J];微電子學與計算機;2013年12期

3 張洹千;杜曉薇;楊堅;卞士平;韓雪松;李擎;金慶輝;趙建龍;;一種體域網(wǎng)無線心電監(jiān)護系統(tǒng)的研制與測試[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年04期

4 張春青;鄒衛(wèi)霞;李斌;劉月桂;;醫(yī)療體域網(wǎng)研究進展[J];中國醫(yī)療器械雜志;2012年02期

5 張莉;;無線體域網(wǎng)資源分配研究[J];電信工程技術(shù)與標準化;2014年08期

6 韓書平;錢良;楊寧健;;一種新型的能量受限無線體域網(wǎng)路由協(xié)議[J];信息技術(shù);2009年11期

7 劉國華;趙子春;王延濤;孫玉剛;楊鍶毅;;無線體域網(wǎng)中體征參數(shù)的采集與處理[J];南開大學學報(自然科學版);2010年01期

8 韓德強;劉立哲;顧春雷;;基于Windows Phone 7的體感健身系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J];電子技術(shù)應用;2012年01期

9 孔龍;陳平平;徐位凱;陳志雄;;FM-DCSK UWB技術(shù)在無線體域網(wǎng)中的性能分析[J];重慶郵電大學學報(自然科學版);2013年02期

10 高鵬;楊永健;杜占瑋;吳方明;;無線體域網(wǎng)隱私保護技術(shù)研究[J];計算機應用研究;2013年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張曉博;袁開國;伍淳華;徐賢仲;;無線體域網(wǎng)(WBAN)安全技術(shù)研究[A];第九屆中國通信學會學術(shù)年會論文集[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 本報記者 胡春民;體域網(wǎng)研究應列入國家規(guī)劃[N];中國電子報;2010年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 于麗娜;無線體域網(wǎng)中數(shù)據(jù)融合綠色模型及傳輸調(diào)度算法研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2016年

2 武楊;基于無線信道特征的體域網(wǎng)安全技術(shù)研究[D];北京郵電大學;2014年

3 肖玲;無線體域網(wǎng)中人體動作監(jiān)測與識別若干方法研究[D];湖南大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王林;基于無線體域網(wǎng)的遠程健康監(jiān)護及其應用決策方法的研究[D];華東理工大學;2016年

2 鮑文旭;基于隨機計算方法的體域網(wǎng)通信技術(shù)研究[D];復旦大學;2014年

3 賈涵中;基于WBAN的醫(yī)療無線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];東北大學;2014年

4 杜宇;基于凸優(yōu)化的無線體域網(wǎng)傳感器節(jié)點選擇問題研究[D];吉林大學;2016年

5 廖武;體域網(wǎng)中多傳感器數(shù)據(jù)融合算法的研究[D];吉林大學;2016年

6 王帆;超聲波體域網(wǎng)中數(shù)據(jù)鏈路層可靠性研究[D];吉林大學;2016年

7 王豐;運動姿態(tài)下無線體域網(wǎng)高能效技術(shù)研究[D];吉林大學;2016年

8 趙孝松;基于功率控制的無線體域網(wǎng)間同頻干擾抑制[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

9 安旭磊;體域網(wǎng)中脈搏數(shù)據(jù)融合研究[D];天津工業(yè)大學;2016年

10 李斯;可穿戴式無線體域網(wǎng)檢測與傳輸技術(shù)的研究[D];上海師范大學;2016年

，

本文編號：1111651