本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由眾多傳感器節(jié)點以自組織形式組成的無線網(wǎng)絡(luò),具有能量資源受限、無固定網(wǎng)絡(luò)支持和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化等特點。它的目的是協(xié)作地監(jiān)測、采集和處理目標(biāo)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(wǎng)絡(luò)在信息采集技術(shù)領(lǐng)域受到了愈來愈多的重視,同時也容易遭受比一般網(wǎng)絡(luò)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(guān)注。密鑰管理則成為該領(lǐng)域最為重要的內(nèi)容,也是其他安全機制的基礎(chǔ)。目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案存在的主要問題有：密鑰預(yù)分配階段產(chǎn)生的存儲消耗以及密鑰生成階段產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)的抗毀性、密鑰信息隨機分配導(dǎo)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(biāo)是設(shè)計在降低節(jié)點開銷的情況下,達(dá)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(nèi)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(yù)分配方案針對分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源受限的特點與網(wǎng)絡(luò)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(yù)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(yù)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(yù)分配過程便可與網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在的節(jié)點建立安全鏈接,所以該方案在實現(xiàn)了較高節(jié)點共享密鑰概率的同時,也改善了網(wǎng)絡(luò)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(yù)分配方案為了解決一些在分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰分配方案中存在的,由于預(yù)分配的密鑰信息冗余導(dǎo)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(yù)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(shù)的單向性產(chǎn)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(shù)作為三元多項式的參數(shù)。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(shù),即可改變整個網(wǎng)絡(luò)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(dá)到了較高的節(jié)點共享密鑰概率,并改善了網(wǎng)絡(luò)的安全性。3.提出了一種基于中國剩余定理和三元可轉(zhuǎn)化多項式的密鑰管理方案針對分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)化多項式的密鑰管理方案。該方案中,由基站根據(jù)中國剩余定理為簇內(nèi)節(jié)點分配必要的密鑰信息,簇內(nèi)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(nèi)節(jié)點的計算開銷。簇頭節(jié)點之間的密鑰則根據(jù)三元可轉(zhuǎn)化多項式和Hash函數(shù)得到。這樣該方案就實現(xiàn)了全連通的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。另外根據(jù)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(wǎng)絡(luò)的安全性。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 密鑰分配 密鑰空間 多項式 中國剩余定理
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點12-14
• 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的生成12-13
• 1.2.2 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)13
• 1.2.3 網(wǎng)絡(luò)的特點13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 論文的主要工作16
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)安排16-19
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述19-33
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全19-21
• 2.1.1 安全特性19-20
• 2.1.2 安全目標(biāo)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(shè)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(jié)31-33
• 第三章 分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)分配方案33-55
• 3.1 引言33-34
• 3.2 平衡不完全區(qū)組設(shè)計34-36
• 3.2.1 對稱BIBD34
• 3.2.2 互補設(shè)計34-35
• 3.2.3 構(gòu)造方法35-36
• 3.3 基于BIBD和Blom多密鑰空間的密鑰預(yù)分配方案36-45
• 3.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型及符號說明36
• 3.3.2 方案實現(xiàn)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(yù)分配方案45-53
• 3.4.1 方案背景45-46
• 3.4.2 方案實現(xiàn)46-49
• 3.4.3 性能分析49-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 分簇式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰預(yù)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(zhuǎn)化多項式57
• 4.3 網(wǎng)絡(luò)模型57-58
• 4.4 方案實現(xiàn)58-64
• 4.4.1 成簇階段59
• 4.4.2 簇內(nèi)節(jié)點密鑰預(yù)分配階段59-61
• 4.4.3 簇頭間密鑰預(yù)分配階段61
• 4.4.4 簇內(nèi)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(wǎng)絡(luò)更新階段63-64
• 4.5 性能分析64-67
• 4.5.1 網(wǎng)絡(luò)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(jié)67-69
• 第五章 結(jié)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(xiàn)73-77
• 碩士期間科研成果77

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本文編號：366141