【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是信息科學技術領域的一個重要研究方向,在軍事、交通、醫(yī)療等方面具有良好的應用前景。WSN受到諸多因素限制,使得輕量級、低能耗的密鑰管理和信息加密技術等安全協(xié)議成為WSN中研究的重要方向。密鑰管理是信息加密、實體認證等技術的基礎。而混沌加密技術以其資源消耗少、加密速度快等特點成為近年WSN加密技術研究的熱點。本文首先介紹了現(xiàn)有的密鑰管理和信息加密技術。在總結分析了密鑰管理和信息加密技術研究現(xiàn)狀基礎上,對基于ECC的簇內分組密鑰管理算法和基于Logistic映射的分組加密算法進行了改進。本文主要創(chuàng)新性研究工作如下：(1)在密鑰管理方面,研究了現(xiàn)有的密鑰管理算法,指出了現(xiàn)有算法的優(yōu)缺點。然后選擇了近年來提出的具有較好應用價值的密鑰管理算法—基于ECC的簇內分組密鑰管理算法進行深入研究。指出了該算法在密鑰更新過程中使用單鏈路分發(fā)密鑰的方式存在安全問題以及效率低的問題,在新節(jié)點加入過程中存在前向安全問題。針對以上不足,結合分層分組式密鑰管理模型提出了改進方案,并與原方案在安全性、存儲開銷和能量開銷上做了對比分析,證明了改進后的算法整體性能有所提高。(2)在信息加密方面,研究了現(xiàn)有的混沌映射方法,分析了現(xiàn)有混沌映射由于固有的短周期現(xiàn)象易產生弱密鑰的根本原因。指出了在混沌映射中可以通過擾動初始值x0和擾動參數(shù)u來減少短周期對隨機序列性能的影響,并提出了基于參數(shù)擾動的Logistic混沌映射,測試了基于參數(shù)擾動的Logistic混沌映射和普通混沌映射產生二進制序列的隨機性性能,證明了改進方案能夠極大地改善短周期問題,提高序列的隨機性。(3)在基于參數(shù)擾動的Logistic混沌映射的基礎上,研究基于Logistic映射的分組加密算法,并使用選擇明文攻擊對該算法進行成功的破解。然后針對破解過程,對該算法提出了密文反饋的改進方式以抵抗選擇明文攻擊,并改進了移位算法使得攻擊者不能通過窮舉的方法獲得移位位數(shù)D。最后在安全性、密鑰敏感性等方面進行了仿真,證明了改進后的方案整體性能有較大提高。
[Abstract]:Wireless sensor network (Wireless Sensor Networks,WSN) is an important research direction in the field of information science and technology, and has a good application prospect in military, transportation, medical treatment and so on. WSN is limited by many factors, making it lightweight. Low-energy security protocols such as key management and information encryption technology have become an important research direction in WSN. Key management is the foundation of information encryption and entity authentication. In recent years, chaotic encryption technology has become a hotspot of WSN encryption technology because of its low resource consumption and fast encryption speed. This paper first introduces the existing key management and information encryption technology. On the basis of summarizing and analyzing the research status of key management and information encryption, the paper improves the block key management algorithm based on ECC and the block encryption algorithm based on Logistic mapping. The main contributions of this paper are as follows: (1) in key management, the existing key management algorithms are studied, and the advantages and disadvantages of the existing algorithms are pointed out. Then, the key management algorithm based on ECC, which has good application value in recent years, is studied deeply. It is pointed out that the algorithm has security problems and low efficiency in using single link to distribute keys in the process of key updating, and there is forward security problem in the process of adding new nodes. In view of the above shortcomings, an improved scheme is proposed in combination with the hierarchical and grouped key management model, and compared with the original scheme in terms of security, storage cost and energy cost. It is proved that the overall performance of the improved algorithm has been improved. (2) in the aspect of information encryption, the existing chaotic mapping methods are studied, and the fundamental reasons that the existing chaotic maps are easy to produce weak keys due to the inherent short period phenomenon are analyzed. It is pointed out that the influence of short period on the performance of random sequences can be reduced by perturbation initial value x 0 and perturbation parameter u in chaotic mapping, and the Logistic chaotic map based on parameter perturbation is proposed. The randomness of binary sequences generated by Logistic chaotic map and ordinary chaotic map based on parameter perturbation is tested. It is proved that the improved scheme can greatly improve the short period problem. Improve the randomness of sequences. (3) on the basis of Logistic chaotic map based on parameter perturbation, the block encryption algorithm based on Logistic mapping is studied, and the algorithm is successfully cracked by selective plaintext attack. Then an improved ciphertext feedback method is proposed to resist the selective plaintext attack and the shift algorithm is improved so that the attacker can not obtain the shift bits D by exhaustive method. Finally, the security, key sensitivity and other aspects of the simulation results show that the overall performance of the improved scheme has been greatly improved.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN918.4;TN929.5;TP212.9

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本文編號：2428534