【摘要】：異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理是關(guān)系到傳感網(wǎng)安全的關(guān)鍵因素,密鑰管理協(xié)議設(shè)計是當前國內(nèi)外研究的一個熱點。隨著傳感網(wǎng)應(yīng)用范圍的不斷擴大,現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已從最初的同構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天的異構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)。針對現(xiàn)有異構(gòu)性研究不足,在無線傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議的研究中,應(yīng)該充分考慮到客觀存在的傳感網(wǎng)異構(gòu)性,結(jié)合傳感網(wǎng)中傳感器節(jié)點受限的資源特性,設(shè)計實用化的、適應(yīng)一定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用場景的高效安全的密鑰管理協(xié)議,這將具有更高的難度和更大的挑戰(zhàn)性。無線傳感網(wǎng)密鑰管理研究的主要關(guān)注點是對稱密碼管理機制中的密鑰預分配協(xié)議和非對稱密碼管理機制中的可認證密鑰協(xié)商策略�，F(xiàn)有的密鑰管理協(xié)議都各有針對性,或者是對某些性能的提高,或者適用于某種應(yīng)用環(huán)境中,并沒有考慮到對協(xié)議性能的全局化評估,來獲得最優(yōu)化策略。本文圍繞著傳感網(wǎng)異構(gòu)性特征,從密鑰預分配、密鑰協(xié)商、跨層設(shè)計及協(xié)議性能優(yōu)化等幾方面進行了如下研究:(1)現(xiàn)有的基于組合設(shè)計的密鑰預分配協(xié)議,當應(yīng)用在大規(guī)模傳感網(wǎng)中往往難于實現(xiàn),且協(xié)議設(shè)計時,并不考慮傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu),設(shè)計出的協(xié)議只適用于分布式的同構(gòu)傳感網(wǎng),在層簇式異構(gòu)傳感網(wǎng)中并不適用。為解決組合設(shè)計密鑰預分配協(xié)議中出現(xiàn)的這些問題,本文以BIBD和TD設(shè)計的結(jié)構(gòu)特征為切入點,定義了一個新的區(qū)組設(shè)計,即w-平衡不完全區(qū)組設(shè)計(w-BIBD)。并在該定義的基礎(chǔ)上,分別構(gòu)造了一個二維空間和三維空間的w-BIBD,將這兩個區(qū)組設(shè)計映射到密鑰預分配協(xié)議中,設(shè)計出基于w-BIBD和基于EX-w-BIBD的密鑰預分配協(xié)議�？紤]到設(shè)計的兩個w-BIBD協(xié)議具有如下特點,如任意兩個區(qū)組存在共享密鑰,則共享密鑰的個數(shù)一定會大于等于2,提出了半密鑰的概念。在密鑰池中存儲半密鑰,并將其應(yīng)用在密鑰預分配協(xié)議中,能有效提高共享密鑰安全系數(shù),并且將網(wǎng)絡(luò)的擴展性提高了一倍,且節(jié)省了密鑰存儲空間。實驗表明,w-BIBD區(qū)組設(shè)計連通性強,可用于異構(gòu)傳感網(wǎng)的簇間通信,而EX-w-BIBD的高抗毀性和可擴展性更適用于異構(gòu)傳感網(wǎng)的簇內(nèi)通信。(2)節(jié)點能耗是傳感網(wǎng)協(xié)議設(shè)計的一個重要衡量指標,如果網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點傳輸不均勻,會造成負載重的節(jié)點過早死亡,尤其是關(guān)鍵節(jié)點的均衡性,一旦關(guān)鍵部位節(jié)點過早死亡,則采集數(shù)據(jù)無法傳給sink節(jié)點,從而導致網(wǎng)絡(luò)失效。為了平衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的負載,延長傳感網(wǎng)有效的生命周期,本文以能量均衡為切入點,設(shè)計了異構(gòu)傳感網(wǎng)的跨層密鑰管理協(xié)議。協(xié)議以節(jié)點剩余能量作為主要衡量指標,以為傳感網(wǎng)中有路由關(guān)系的節(jié)點通信建立會話密鑰為基礎(chǔ),建立了路由驅(qū)動的基于橢圓曲線密碼體制的可認證密鑰協(xié)商協(xié)議。理論分析和實驗結(jié)果表明,協(xié)議保證了網(wǎng)絡(luò)能耗均衡和安全性的同時,存儲需求適合傳感器節(jié)點存儲空間,計算復雜性和能耗均控制在傳感器節(jié)點性能指標范圍內(nèi)。(3)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議的設(shè)計,往往是以某一兩個性能為主要優(yōu)化指標,或者是連通性,或者是抗毀性等等,在強調(diào)某個性能提升的時候,往往會造成另一個性能下降。但由于傳感網(wǎng)具體應(yīng)用在不同的環(huán)境中,進行密鑰管理協(xié)議設(shè)計時,可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)各方面性能需求的優(yōu)先級來完成適當?shù)拿荑�協(xié)議設(shè)計。但如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境沒有特殊要求,那當多個性能進行衡量比較時,將考慮對性能進行優(yōu)先級排列。為了均衡這些性能的關(guān)系,從協(xié)議性能的全局優(yōu)化角度出發(fā),以節(jié)點異構(gòu)性為切入點,為密鑰預分配協(xié)議的計算耗費、能量耗費、連通性和抗毀性建立了最優(yōu)化模型,并通過這四個性能指標建立了一個全局化優(yōu)化模型,利用超網(wǎng)理論,將最優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成變分不等式,最終獲得密鑰預分配協(xié)議性能的全局最優(yōu)解。并且通過對E-G的實例化,驗證了該優(yōu)化策略的有效性和可行性。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN918.4;TP212.9
【圖文】：

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

傳感網(wǎng)非對稱密鑰管理協(xié)議分類Fig.1.4ClassificationofasymmetrickeymanagementprotocolsinWSNs[85]

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2803667