【摘要】：異構(gòu)傳感網(wǎng)中的傳感器節(jié)點常具有不同的通信范圍、感知范圍,也可能在網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行不同的應(yīng)用。對于分布式異構(gòu)傳感網(wǎng)中不同位置上的相同節(jié)點也可能采用了不同的配置。異構(gòu)性已然成為異構(gòu)傳感網(wǎng)的固有屬性之一,它可能是人為添加的,也可能是在網(wǎng)絡(luò)運行過程中自然形成的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,備受關(guān)注的傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議研究也逐漸從同構(gòu)向異構(gòu)轉(zhuǎn)換。充分利用傳感網(wǎng)中客觀存在的異構(gòu)性,指導(dǎo)實用化的、與應(yīng)用場景相關(guān)的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議設(shè)計與分析,已成為當(dāng)今傳感網(wǎng)安全研究的熱點方向。目前,針對異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議的研究主要可以分為以下幾個方面:(1)異構(gòu)性研究,主要致力于通過向網(wǎng)絡(luò)中引入高能節(jié)點完成復(fù)雜耗能操作來提高協(xié)議的安全性和有效性。例如,采用二級分簇網(wǎng)絡(luò),讓由高級節(jié)點組成的簇頭層負責(zé)各組成員節(jié)點密鑰的分發(fā)、更新和撤銷;(2)對稱密鑰管理協(xié)議設(shè)計,力圖為網(wǎng)絡(luò)中的兩兩節(jié)點建立安全有效的通信鏈路,以期增加密鑰連通概率、抗毀性,平衡網(wǎng)絡(luò)開銷,保障信息安全;(3)組密鑰管理協(xié)議設(shè)計,致力于為成組節(jié)點構(gòu)建共享密鑰,緩解組成員關(guān)系動態(tài)變化、網(wǎng)絡(luò)不安全性等因素帶來的影響。例如自愈組密鑰管理方案就針對網(wǎng)絡(luò)丟包的問題提出了恢復(fù)丟失密鑰的辦法,保障了組密鑰的連續(xù)性和有效性;(4)協(xié)議分析方面,力圖對不同類型的密鑰管理協(xié)議所面臨的安全問題,有效性問題等進行合理評估,為后續(xù)改進或為特定的應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)膮f(xié)議提供幫助。然而,當(dāng)前異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議研究尚存一些問題:大多數(shù)異構(gòu)性研究集中在少數(shù)幾種異構(gòu)的利用上,對于傳感網(wǎng)中其他異構(gòu)元素及其利用方法尚未涉及,針對密鑰管理的異構(gòu)性系統(tǒng)化研究更是局限于在分層網(wǎng)絡(luò)的條件下設(shè)計協(xié)議,僅將異構(gòu)性考慮為協(xié)議部屬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境背景,缺乏在協(xié)議設(shè)計和分析過程中的考慮和利用。另一方面,異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議雖已經(jīng)取得一些階段性成果,但現(xiàn)有研究的有效性、安全性還并不理想,設(shè)計能夠兼顧各項特殊應(yīng)用需求,平衡和優(yōu)化協(xié)議安全性、有效性和靈活性的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議仍然是一項尚待解決的重要課題。在國家自然科學(xué)基金(61170241)、網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室開放課題(SKLNST-2009-1-10)和哈爾濱工程大學(xué)自然科學(xué)基金培育項目的支持與資助下,本論文在充分分析當(dāng)前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,主要進行了下面四方面研究:(1)以異構(gòu)性為切入點,以多維度細粒度異構(gòu)性刻畫方法為研究內(nèi)容,以拓撲點集理論和隨機過程為技術(shù)手段,提出了異構(gòu)性空間模型,分析了動態(tài)異構(gòu)性的變化規(guī)律,給出了利用異構(gòu)性改進和分析密鑰管理協(xié)議的實例,提出了多階段能量有效的密鑰預(yù)分配協(xié)議。實驗分析表明在協(xié)議設(shè)計過程中合理的利用異構(gòu)性,能夠有效的改進協(xié)議有效性,延長網(wǎng)絡(luò)壽命;在協(xié)議分析過程中合理利用異構(gòu)性,能夠有效的分析協(xié)議的長期性能及其變化趨勢。(2)與擾動技術(shù)、LU攻擊原理相結(jié)合,提出抗LU攻擊的異構(gòu)傳感密鑰管理協(xié)議。所提協(xié)議以LU分解矩陣為原材料,結(jié)合擾動技術(shù),有效干擾了矩陣之間的相關(guān)性,解決了以往基于LU分解的密鑰預(yù)分配方案無法抵抗LU攻擊的問題,提高網(wǎng)絡(luò)安全能力。進一步反向利用LU攻擊原理,在密鑰更新過程中,快速擴展密鑰原材料,在減少節(jié)點存儲需求、實現(xiàn)消息認證的同時,提高對動態(tài)拓撲的自適應(yīng)能力。.(3)向FM協(xié)議密鑰構(gòu)建過程發(fā)起攻擊,證明了 FM協(xié)議不具有前后向安全性。在此基礎(chǔ)上上,結(jié)合動態(tài)累加器技術(shù),對FM協(xié)議的協(xié)議內(nèi)容進行改進,提出了一種能夠兼顧安全性和性能、能適應(yīng)動態(tài)拓撲變化的認證組密鑰管理協(xié)議。(4)考慮到以往通過計算一次通信或一組通信能耗來衡量協(xié)議短期靜態(tài)性能的方式難以分析協(xié)議的長期動態(tài)性能,對異構(gòu)性的適應(yīng)能力也極其薄弱,故而結(jié)合隨機有色Petri網(wǎng),定義了密鑰管理邏輯,以各色token來刻畫異構(gòu)傳感網(wǎng)中影響協(xié)議的異構(gòu)性元素,提出了一種有效的密鑰管理協(xié)議形式化分析模型。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN918.4

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