本文關鍵詞：無線傳感器網絡密鑰管理技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網絡是由眾多傳感器節(jié)點以自組織形式組成的無線網絡,具有能量資源受限、無固定網絡支持和拓撲結構動態(tài)變化等特點。它的目的是協作地監(jiān)測、采集和處理目標區(qū)域被監(jiān)測對象的信息,并發(fā)布給終端用戶。無線傳感器網絡在信息采集技術領域受到了愈來愈多的重視,同時也容易遭受比一般網絡更加頻繁和多樣的攻擊,所以其安全問題也引起了越來越多的關注。密鑰管理則成為該領域最為重要的內容,也是其他安全機制的基礎。目前,無線傳感器網絡的密鑰管理方案存在的主要問題有：密鑰預分配階段產生的存儲消耗以及密鑰生成階段產生的通信和計算開銷超出節(jié)點的閾值、節(jié)點間共享密鑰的泄露影響網絡的抗毀性、密鑰信息隨機分配導致節(jié)點共享密鑰概率不高等。從以上問題出發(fā),本文的目標是設計在降低節(jié)點開銷的情況下,達到節(jié)點共享密鑰概率和安全性雙重提高的密鑰管理方案。本文的主要內容和研究成果可以概括如下：1.提出了一種基于BIBD和Blom多密鑰空間的密鑰預分配方案針對分布式無線傳感器網絡節(jié)點資源受限的特點與網絡可擴展性及安全性之間的矛盾,提出了一種基于BIBD和Blom多密鑰空間的密鑰預分配方案。該方案采用混合對稱BIBD的方法為每個節(jié)點分配若干密鑰空間,每個節(jié)點只需預存儲少量密鑰空間的信息,就能夠以很高的概率與其鄰居節(jié)點建立共享密鑰。新加入的節(jié)點只要完成預分配過程便可與網絡中已經存在的節(jié)點建立安全鏈接,所以該方案在實現了較高節(jié)點共享密鑰概率的同時,也改善了網絡的可擴展性。2.提出了一種基于BIBD和三元輪換對稱多項式的密鑰預分配方案為了解決一些在分布式無線傳感器網絡密鑰分配方案中存在的,由于預分配的密鑰信息冗余導致節(jié)點存儲開銷過大的問題,本文提出了一種基于BIBD和三元輪換對稱多項式的密鑰預分配方案。在該方案中,傳感器節(jié)點利用三元多項式的輪換對稱性和Hash函數的單向性產生通信密鑰,并且該方案采用混合對稱BIBD的分配方法為每個節(jié)點分配若干隨機數作為三元多項式的參數。這樣在后續(xù)的密鑰更新過程中,基站只需為每個節(jié)點重新分配若干隨機數,即可改變整個網絡的通信密鑰。最后的理論和仿真分析也說明,該方案不僅降低了節(jié)點的存儲開銷,也達到了較高的節(jié)點共享密鑰概率,并改善了網絡的安全性。3.提出了一種基于中國剩余定理和三元可轉化多項式的密鑰管理方案針對分簇式無線傳感器網絡中存在的存儲開銷與節(jié)點共享密鑰概率之間的矛盾,本文提出了一種基于中國剩余定理和三元可轉化多項式的密鑰管理方案。該方案中,由基站根據中國剩余定理為簇內節(jié)點分配必要的密鑰信息,簇內節(jié)點只需做兩次取模運算、一次異或運算和一次Hash運算即可得到其通信密鑰,極大地降低了簇內節(jié)點的計算開銷。簇頭節(jié)點之間的密鑰則根據三元可轉化多項式和Hash函數得到。這樣該方案就實現了全連通的無線傳感器網絡。另外根據后續(xù)的分析可知,該方案很好地解決了節(jié)點共享密鑰概率與節(jié)點能耗之間的矛盾,并且改善了網絡的安全性。
【關鍵詞】：無線傳感器網絡 密鑰分配 密鑰空間 多項式 中國剩余定理
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.4;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 無線傳感器網絡結構特點12-14
• 1.2.1 網絡的生成12-13
• 1.2.2 網絡的體系結構13
• 1.2.3 網絡的特點13-14
• 1.3 國內外研究現狀14-16
• 1.4 論文的主要工作16
• 1.5 論文結構安排16-19
• 第二章 無線傳感器網絡概述19-33
• 2.1 無線傳感器網絡的安全19-21
• 2.1.1 安全特性19-20
• 2.1.2 安全目標20
• 2.1.3 主要攻擊20-21
• 2.2 密鑰管理方案分類21-22
• 2.3 典型密鑰管理方案22-31
• 2.3.1 EG方案23-25
• 2.3.2 Blom方案25-27
• 2.3.3 基于組合設計的密鑰分配方案27
• 2.3.4 基于地理位置的密鑰管理方案27-29
• 2.3.5 分簇式的密鑰管理方案29-31
• 2.4 本章小結31-33
• 第三章 分布式無線傳感器網絡密鑰預分配方案33-55
• 3.1 引言33-34
• 3.2 平衡不完全區(qū)組設計34-36
• 3.2.1 對稱BIBD34
• 3.2.2 互補設計34-35
• 3.2.3 構造方法35-36
• 3.3 基于BIBD和Blom多密鑰空間的密鑰預分配方案36-45
• 3.3.1 網絡模型及符號說明36
• 3.3.2 方案實現36-39
• 3.3.3 性能分析39-45
• 3.4 基于BIBD和三元輪換對稱多項式的密鑰預分配方案45-53
• 3.4.1 方案背景45-46
• 3.4.2 方案實現46-49
• 3.4.3 性能分析49-53
• 3.5 本章小結53-55
• 第四章 分簇式無線傳感器網絡密鑰預分配方案55-69
• 4.1 引言55-56
• 4.2 研究背景56-57
• 4.2.1 中國剩余定理56-57
• 4.2.2 三元可轉化多項式57
• 4.3 網絡模型57-58
• 4.4 方案實現58-64
• 4.4.1 成簇階段59
• 4.4.2 簇內節(jié)點密鑰預分配階段59-61
• 4.4.3 簇頭間密鑰預分配階段61
• 4.4.4 簇內密鑰生成階段61-62
• 4.4.5 簇間密鑰生成階段62-63
• 4.4.6 密鑰擦除階段63
• 4.4.7 網絡更新階段63-64
• 4.5 性能分析64-67
• 4.5.1 網絡連通率64
• 4.5.2 計算開銷64-65
• 4.5.3 存儲開銷65-66
• 4.5.4 安全性66-67
• 4.6 本章小結67-69
• 第五章 結束語69-71
• 5.1 本文主要工作69-70
• 5.2 展望70-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-77
• 碩士期間科研成果77

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