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无线传感器网络密钥管理方案

作　者: 慕莹莹
导　师: 王彩芬
学　校: 西北师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络 同化多项式 六边形部署模型 n维网格密钥预分配 密钥更新
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种全新的信息获取和处理技术，广泛应用于军事、生态环境监测、交通管理、医疗健康监测、空间探测等领域，对人类的生活方式产生了重大的影响。但由于传感器网络经常部署在无人监管和不可控制的的复杂环境中，因此WSN不仅面临着各种安全威胁，如信息篡改、重放攻击等，还面临着传感器节点被攻击者捕获后篡改节点信息，从而控制部分网络的威胁。因此，WSN的安全问题是一个研究热点，而密钥管理是WSN安全机制实现的基础。鉴于传感器网络自身的特点如电池供电、计算能力有限、存储容量小和通信距离有限等，传统的密钥管理技术如公钥加密体系、基于认证中心的安全体系不再适用。密钥预分配技术是一个很好的选择，即在传感器节点部署前，先向其内存中装入一定量的密钥信息，通信双方通过这些信息获得通信密钥。为了满足WSN的特殊需求，本文针对无线传感器网络的安全问题做了以下工作：(1)本文首先对无线传感器网络的体系结构、传感器节点的组成以及无线传感器网络的特性做了简单的介绍，分析了无线传感器网络所面临的安全问题。其次对现有的无线传感器网络的典型密钥管理方案进行了简单的对比和分析，并特别针对随机密钥预分配和分簇式密钥管理中的典型方案进行了详细的介绍和分析。(2)针对基于二元对称多项式的随机密钥预分配方案存在t门限性质问题,方案一采用同化三元多项式建立节点间的通信密钥，并对共享密钥使用单向hash函数进行处理，提高了密钥破解难度；同时采用六边形部署模型，提高网络的安全连通率，降低被捕获节点的影响范围。分析结果表明，该方案提高了网络的安全性及节点的抗毁性，一定程度上降低了节点间的通信开销。(3)通过研究多维空间上利用对称二元多项式建立共享密钥的方案，方案二对此方案中存在的一些不足给予改进，优化动态路径发现算法，添加初始密钥及密钥更新。分析结果表明，改进后的方案通信更加安全。

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 无线传感器网络体系结构  11-14
    1.1.1 无线传感器网络结构模型  11
    1.1.2 无线传感器网络特征  11-13
    1.1.3 无线传感器网络节点及特点  13-14
  1.2 无线传感器网络研究现状  14-15
  1.3 无线传感器网络的应用前景  15-16
  1.4 无线传感器网络的安全问题及需求  16-17
    1.4.1 无线传感器网络的安全问题  16
    1.4.2 无线传感器网络的安全需求  16-17
  1.5 本文组织结构  17-18
第2章 无线传感器网络密钥管理  18-29
  2.1 密钥管理方案的评价指标  18-19
  2.2 随机预分配密钥管理  19-24
    2.2.1 基本随机密钥预分配方案  19-21
    2.2.2 q-composite 随机密钥预分配方案  21-22
    2.2.3 基于多项式的密钥预分配方案  22-23
    2.2.4 基于部署知识的随机密钥预分配方案  23-24
  2.3 分簇式密钥管理  24-28
    2.3.1 低能耗密钥管理方案  25-26
    2.3.2 轻量级密钥管理方案  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 基于同化多项式和分组的密钥预分配方案  29-36
  3.1 基于同化多项式和分组的密钥预分配方案设计  29-33
    3.1.1 前提条件假设及符号说明  29-30
    3.1.2 方案涉及基础知识  30-31
    3.1.3 密钥预分配方案实现过程  31-33
  3.2 基于同化多项式和分组的密钥预分配方案性能分析  33-35
    3.2.1 节点抗捕获能力分析  33-34
    3.2.2 计算复杂度  34
    3.2.3 存储开销  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 改进的基于多维网格的密钥预分配方案  36-45
  4.1 基于网格的密钥预分配方案  36-38
    4.1.1 基于二维网格的密钥预分配方案  36-37
    4.1.2 基于多维网格的密钥预分配方案  37-38
  4.2 改进的基于多维网格的密钥预分配方案设计  38-42
    4.2.1 符号说明定义  38-39
    4.2.2 改进的密钥预分配方案  39-42
  4.3 基于多维网格的密钥预分配方案性能分析  42-44
    4.3.1 建立直接密钥概率  42
    4.3.2 存储开销  42-43
    4.3.3 安全分析  43
    4.3.4 通信开销  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章 总结与展望  45-46
参考文献  46-50
攻读硕士学位期间发表论文及参与项目  50-51
致谢  51

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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