本文關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全密鑰管理技術(shù)研究　出處：《重慶大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種集成了傳感技術(shù)、微電技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)的新興下一代網(wǎng)絡(luò),其應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到了環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域,但是由于傳感器節(jié)點(diǎn)本身硬件能力的限制,以及復(fù)雜的安全環(huán)境、多樣的安全需求等因素的影響,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),而密鑰管理在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全方面具有十分重要的意義,它是保障安全通信、安全路由的關(guān)鍵因素。本文對(duì)密鑰管理的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深入研究,旨在設(shè)計(jì)出安全高效的密鑰管理技術(shù)。主要工作概括如下：①針對(duì)μTESLA等無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主流廣播認(rèn)證協(xié)議存在認(rèn)證延遲大、預(yù)置初始參數(shù)多、時(shí)間限制、密鑰鏈大、易造成網(wǎng)絡(luò)擁堵等缺陷,設(shè)計(jì)一種基于傅里葉級(jí)數(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)雙向廣播認(rèn)證協(xié)議,協(xié)議利用周期連續(xù)函數(shù)f(x)在區(qū)間[-π,π]上可積和絕對(duì)可積可展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)的特性,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)廣播消息的正向認(rèn)證；同時(shí)通過(guò)f(x)的二次型特性實(shí)現(xiàn)基站對(duì)節(jié)點(diǎn)的反向認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)協(xié)議的雙向認(rèn)證。安全性能分析及仿真結(jié)果表明,網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)的被俘不會(huì)影響廣播認(rèn)證算法的安全性,計(jì)算和通信開(kāi)銷(xiāo)較低,基站能夠隨機(jī)進(jìn)行廣播,節(jié)點(diǎn)可以對(duì)收到的廣播信息進(jìn)行即時(shí)認(rèn)證。②針對(duì)現(xiàn)有的基于多項(xiàng)式的密鑰預(yù)分配管理方案受限于節(jié)點(diǎn)間密鑰共享率和網(wǎng)絡(luò)連通率等問(wèn)題,提出一種基于二次型的無(wú)線傳感器密鑰管理方案,方案突破現(xiàn)有二元t次對(duì)稱(chēng)多項(xiàng)式建立共享密鑰的思路,引入多元非對(duì)稱(chēng)二次型多項(xiàng)式,利用二次型特征值與特征向量之間的關(guān)系,分析證明二次型可正交對(duì)角化的特性,并利用其生成密鑰信息,而節(jié)點(diǎn)通過(guò)交換密鑰信息實(shí)現(xiàn)了身份認(rèn)證,最后完成建立與鄰居節(jié)點(diǎn)之間獨(dú)立唯一的會(huì)話(huà)密鑰。安全性能分析及仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有的密鑰管理方案相比,方案在抗俘獲性、連通性、可擴(kuò)展性、通信開(kāi)銷(xiāo)和存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)上有較大的改進(jìn),提出一個(gè)基于多元多項(xiàng)式密鑰預(yù)分配的新思路。③針對(duì)LKH、EBS等組密鑰方案受限于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、合謀攻擊、計(jì)算復(fù)雜、能耗大、單點(diǎn)失效等問(wèn)題,提出一種基于中國(guó)剩余定理的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理協(xié)議,協(xié)議利用中國(guó)剩余定理可實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)式函數(shù)表現(xiàn)形式的特性,推導(dǎo)出特殊情況下中國(guó)剩余定理可以表現(xiàn)為拉格朗日插值多項(xiàng)式的形式。基于此特性,由基站生成拉格朗日插值多項(xiàng)式函數(shù)f(x),利用引入節(jié)點(diǎn)密鑰信息函數(shù)m(i)有f(m(i))=1的特性,生成合成函數(shù)f(x)'=f(x)Kj,然后通過(guò)加密發(fā)送,普通節(jié)點(diǎn)可獲得f(m(i))'=Kj,最后得到組密鑰Kj,這樣就實(shí)現(xiàn)無(wú)簇成員直接參與的組密鑰生成。安全性能分析及仿真結(jié)果表明,該協(xié)議具有很好的網(wǎng)絡(luò)安全性、可擴(kuò)展性、抗俘獲性、計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)等。④基于第3、4、5章的技術(shù)方案,參考LEAP協(xié)議支持四類(lèi)密鑰的生成和管理的體系結(jié)構(gòu),提出一種支持五種類(lèi)型密鑰結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的、全新的ILEAP協(xié)議,這五種類(lèi)型的密鑰包括：廣播認(rèn)證密鑰、個(gè)體密鑰、會(huì)話(huà)密鑰、組密鑰、簇密鑰,且基于LEAP協(xié)議密鑰生成過(guò)于依賴(lài)主密鑰的問(wèn)題,針對(duì)每種密鑰提出了全新的密鑰生成方法,其中廣播認(rèn)證密鑰基于傅里葉級(jí)數(shù)特性,會(huì)話(huà)密鑰密鑰基于預(yù)置二次型的對(duì)稱(chēng)矩陣乘積互換特性,個(gè)體密鑰、組密鑰和簇密鑰都是基于中國(guó)剩余定理可生成Lagrange內(nèi)插多項(xiàng)式的特性,但各自密鑰生成的要求和流程不同。安全性能分析及仿真結(jié)果表明,在全新密鑰生成方法支撐下的具有五種類(lèi)型密鑰結(jié)構(gòu)的ILEAP協(xié)議具有更高的安全性和應(yīng)用性。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN918.4;TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 王小剛;石為人;周偉;高鵬;蔣億松;;一種基于二次型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案[J];電子學(xué)報(bào);2013年02期

2 許力;章紅艷;沈金波;;分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于橫截設(shè)計(jì)的對(duì)密鑰建立方案[J];電子與信息學(xué)報(bào);2009年07期

3 沈金波;許力;張美平;張依惠;;基于簇的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2009年01期

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5 江燦明;徐海霞;李寶;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式用戶(hù)認(rèn)證機(jī)制[J];中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào);2008年01期

6 馮濤;馬建峰;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰種子管理和分配模型及應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2008年01期

7 陳海坤;石勝飛;李建中;;基于通信半徑動(dòng)態(tài)調(diào)整的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理協(xié)議[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2008年01期

8 夏戈明;黃遵國(guó);王志英;;基于對(duì)稱(chēng)平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2008年01期

9 許力;章靜;;自組網(wǎng)中基于簇的預(yù)密鑰管理方案[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

10 陳建偉;許力;;自組網(wǎng)中一種新的組密鑰更新策略[J];計(jì)算機(jī)工程;2007年24期

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1 夏戈明;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：1325974