本文關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案研究

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【摘要】： 隨著微電子通信技術(shù)的進(jìn)步,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)、軍事監(jiān)視等對(duì)開(kāi)放性要求較高的環(huán)境中。由于WSNs應(yīng)用環(huán)境的開(kāi)放性,部署區(qū)域的物理安全無(wú)法保證,使得WSNs中傳感節(jié)點(diǎn)易被捕獲,從而對(duì)WSNs形成攻擊,泄露傳感節(jié)點(diǎn)所攜帶的信息。因此傳感節(jié)點(diǎn)安全交換信息技術(shù)已成為WSNs應(yīng)用技術(shù)中主要的研究課題之一。 在WSNs安全機(jī)制中,認(rèn)證和加密是最重要的模塊,其中任意兩個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)之間建立一對(duì)一密鑰是安全服務(wù)的基礎(chǔ)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出多種WSNs的密鑰管理方法,其中基于對(duì)稱密碼體制的的密鑰預(yù)分配管理方法,相比其他方法有較大的優(yōu)勢(shì),更加適用于資源嚴(yán)格受限的WSNs,所以國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究成果都是在此基礎(chǔ)上提出的。但是,這些研究沒(méi)有考慮部署區(qū)域中的不規(guī)則性而引起的邊界區(qū)域問(wèn)題和傳感節(jié)點(diǎn)的能量消耗不均衡問(wèn)題。 因此,本文以節(jié)省存儲(chǔ)開(kāi)銷、計(jì)算開(kāi)銷、通信開(kāi)銷、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性、密鑰連通度為動(dòng)機(jī)去探索新的WSNs密鑰管理方法,使得研究成果具有實(shí)用價(jià)值。 本文具體研究成果和結(jié)論如下: 1)提出了一種能量均衡的密鑰管理方案。 在WSNs應(yīng)用中,傳感節(jié)點(diǎn)建立共享密鑰對(duì)之后,各個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的能量消耗不均衡,從而對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成影響。因此為提高WSNs的能量均衡性,本文提出能量均衡的密鑰管理方案。該方案通過(guò)傳感節(jié)點(diǎn)的能量大小建立源傳感節(jié)點(diǎn)到目的傳感節(jié)點(diǎn)的多條傳感節(jié)點(diǎn)不相交路徑,然后根據(jù)傳感節(jié)點(diǎn)的最小最大能量原理選擇一條合適的傳感節(jié)點(diǎn)不相交路徑作為源傳感節(jié)點(diǎn)和目的傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)商路徑密鑰的通道。仿真結(jié)果表明,該方法能夠提高網(wǎng)絡(luò)的能量均衡性。 2)提出一種基于位置的密鑰管理方案。 已有的利用部署信息的密鑰管理方案由于局部連通率與安全性之間存在矛盾,因此本文在已有算法基礎(chǔ)上給出基于位置的密鑰管理方案。在該方案中,相鄰核心組的子密鑰池之間的共享密鑰由重疊因子決定,而非核心組的子密鑰池從相鄰核心組的子密鑰池獲取密鑰。通過(guò)該思想可以降低子密鑰池大小,從而提高局部連通率。本文分兩種情況加以討論:1)密鑰隨機(jī)產(chǎn)生的情況下的局部連通率和網(wǎng)絡(luò)安全性;2)密鑰通過(guò)對(duì)稱多項(xiàng)式產(chǎn)生的情況下的局部連通率和網(wǎng)絡(luò)安全性。結(jié)果表明該方案在保證網(wǎng)絡(luò)的安全性下能夠提高網(wǎng)絡(luò)的連通度和降低傳感節(jié)點(diǎn)的通信開(kāi)銷。 3)提出一種基于不規(guī)則區(qū)域的密鑰管理方案。 在WSNs應(yīng)用中,傳感節(jié)點(diǎn)可能部署在峽谷、河岸、海灣等不規(guī)則區(qū)域上,但現(xiàn)有的大部分密鑰管理方法都基于部署區(qū)域規(guī)則的假設(shè),無(wú)法解決因不規(guī)則的地理形狀而帶來(lái)的邊界區(qū)域問(wèn)題。 本文研究了不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)下的密鑰預(yù)分配方案。根據(jù)不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的形狀給出縱向與橫向大小不同的位置關(guān)聯(lián)而形成部署子密鑰池,組內(nèi)的傳感節(jié)點(diǎn)從對(duì)應(yīng)的部署子密鑰池中選取密鑰。目前密鑰的產(chǎn)生方法主要有三種:1)密鑰通過(guò)矩陣空間(組合理論)產(chǎn)生;2)密鑰隨機(jī)產(chǎn)生;3)密鑰通過(guò)對(duì)稱多項(xiàng)式產(chǎn)生。本文對(duì)這三種不同密鑰產(chǎn)生的密鑰管理方案進(jìn)行性能分析與仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明該方案能夠解決不規(guī)則區(qū)域的邊界問(wèn)題。該方案具有實(shí)用價(jià)值和創(chuàng)新性。 4)提出了一套有效的、安全的密鑰管理綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。 上述所提出的各種密鑰管理方法各有側(cè)重點(diǎn),適用于不同的需求。但是,對(duì)現(xiàn)有的各種密鑰管理方法如何進(jìn)行選取來(lái)保證WSNs安全已成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵。本文提出了一種密鑰管理綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該評(píng)價(jià)體系構(gòu)建一個(gè)由四個(gè)性能指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)函數(shù),用于根據(jù)WSNs不同的需求環(huán)境,對(duì)各種密鑰管理方法進(jìn)行評(píng)價(jià)選取。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TN918;TP212.9

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 嚴(yán)雪莉;葉曉慧;;一種基于六邊形部署模型的面向傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2012年04期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 余旺科;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 朱曉偉;安全多播通信中密鑰管理方案的研究[D];安徽師范大學(xué);2011年

2 戴膺贊;基于EBS的層次式傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理協(xié)議研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

3 姜建偉;基于ECC的WSN密鑰管理方案研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2011年

4 蔡翔;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理與聚類研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

5 周美秀;應(yīng)用區(qū)域分組的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案設(shè)計(jì)[D];暨南大學(xué);2012年

6 趙鵬程;基于簇狀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案研究[D];安徽師范大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：1185460