本文關鍵詞：基于無線傳感器網(wǎng)絡的加密算法設計與實現(xiàn)

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSN)受目前技術所限,存在著電量有限、計算能力弱、通信能力差、易受攻擊等問題,而目前已有的加密方法在應用到WSN時均無法有效解決以上問題。針對此情況,本論文根據(jù)WSN的特點設計了兩種加密算法,兩種算法分別適合于對安全性要求不同的WSN布網(wǎng)環(huán)境。首先,基于身份的加密(IBE)可以有效簡化密鑰的產(chǎn)生過程,減少了網(wǎng)絡通訊量的同時提升了網(wǎng)絡的安全性。本文以基于身份的加密思想為基礎,針對WSN設計了一種新體制的無線傳感器網(wǎng)絡基于身份加密(WIBE)算法。WIBE加密算法避免了傳統(tǒng)IBE算法運算過于復雜的問題,同時針對WSN實際運行時存在的不足,在能耗、通信性能、安全性等方面做了針對性的改進。實際布網(wǎng)實驗和仿真實驗的結(jié)果表明,WIBE算法具有能耗較低、安全性高的特點,適合應用在對安全性有較高要求的WSN布網(wǎng)環(huán)境。其次,組合公鑰(CPK)加密算法在應用到WSN時存在密鑰易被竊聽、密鑰矩陣使用時存在合謀攻擊等問題。本文對CPK算法進行了重新設計,提出了無線傳感器網(wǎng)絡基于組合公鑰加密(WCPK)算法。WCPK加密算法具有低能耗的特征。同時WCPK算法改進了CPK算法密鑰矩陣的生成和使用過程,提升了密鑰矩陣使用的安全性,并能有效抵御密鑰竊聽攻擊。實際布網(wǎng)實驗和仿真實驗的結(jié)果表明,WCPK算法可以在有效降低WSN能耗的同時提供較高的安全性,是一種輕量級加密算法,適合應用于對安全性要求不高、但對布網(wǎng)時間有較高要求的普通WSN布網(wǎng)環(huán)境。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 加密 基于身份加密 基于組合公鑰加密
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN918.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源9
• 1.2 背景和意義9
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-16
• 1.3.1 現(xiàn)有加密方法概述10-12
• 1.3.2 現(xiàn)有加密方法應用到WSN時的問題12
• 1.3.3 國內(nèi)外對現(xiàn)有加密算法改進的研究情況12-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 適用于WSN的加密算法的分析18-26
• 2.1 CC2530節(jié)點硬件特點和相關協(xié)議規(guī)范18-21
• 2.1.1 CPU18-19
• 2.1.2 內(nèi)存19
• 2.1.3 通信能力19-20
• 2.1.4 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.5 自帶的AES加密21
• 2.1.6 路由協(xié)議21
• 2.2 當前無線傳感器網(wǎng)絡的特點21-24
• 2.3 針對無線傳感器網(wǎng)絡的加密算法的要求24
• 2.4 應用于不同安全環(huán)境的加密算法24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 無線傳感器網(wǎng)絡基于身份加密26-53
• 3.1 現(xiàn)有的IBE加密算法26-29
• 3.1.1 IBE加密的產(chǎn)生背景26
• 3.1.2 現(xiàn)有的IBE加密算法的算法流程26-28
• 3.1.3 現(xiàn)有的IBE算法模型28-29
• 3.2 WIBE加密算法29-35
• 3.2.1 WIBE算法模型框架29-30
• 3.2.2 WIBE算法在橢圓曲線有限域上的實現(xiàn)30-33
• 3.2.3 WIBE算法框架在乘法有限域上的實現(xiàn)33-34
• 3.2.4 WIBE算法的設計特點34-35
• 3.3 WIBE加密系統(tǒng)在真實WSN節(jié)點上的實現(xiàn)35-42
• 3.3.1 加密模塊設計35-38
• 3.3.2 認證模塊設計38-40
• 3.3.3 通信處理模塊設計40-41
• 3.3.4 WIBE網(wǎng)絡拓撲的說明41-42
• 3.4 系統(tǒng)整體實驗與性能分析42-52
• 3.4.1 實際布網(wǎng)實驗與仿真實驗的設置42-44
• 3.4.2 能量消耗測試44-46
• 3.4.3 通信性能測試46-49
• 3.4.4 惡意節(jié)點攻擊測試49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 無線傳感器網(wǎng)絡基于組合公鑰加密53-75
• 4.1 現(xiàn)有的CPK加密算法53-55
• 4.1.1 CPK加密算法原理53-54
• 4.1.2 CPK加密算法的特點與演進54-55
• 4.2 WCPK加密算法55-60
• 4.2.1 WCPK算法原理56-59
• 4.2.2 WCPK算法的設計特點59-60
• 4.3 WCPK加密系統(tǒng)在真實WSN節(jié)點上的實現(xiàn)60-67
• 4.3.1 初始化模塊設計60-63
• 4.3.2 認證模塊設計63-67
• 4.4 系統(tǒng)整體實驗與性能分析67-73
• 4.4.1 實際布網(wǎng)實驗與仿真實驗的設置67-68
• 4.4.2 能量消耗測試68-69
• 4.4.3 通信性能測試69-71
• 4.4.4 惡意節(jié)點攻擊測試71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第5章 加密系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)75-83
• 5.1 系統(tǒng)整體設計75-77
• 5.2 服務器管理模塊的設計和實現(xiàn)77-80
• 5.2.1 數(shù)據(jù)管理模塊77-79
• 5.2.2 WSN管理模塊79-80
• 5.3 系統(tǒng)實際布網(wǎng)和運行80-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論83-85
• 參考文獻85-90
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果90-92
• 致謝92

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本文編號：762072