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无线传感器网络安全问题的研究

作　者: 刘智跃
导　师: 王坚
学　校: 东华大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无线传感器网络安全数字签名入侵检测
分类号: TN915.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是一项综合了传感器技术、嵌入式技术、现代网络以及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术的新兴技术,它是由大量无处不在的、具有无线通信与计算能力的传感器节点以自组织的方式构成的无线网络,是能自主完成指定任务的“智能”系统。除了具有环境监测功能外,无线传感器网络还被广泛应用到军事,工业,医疗,交通以及智能家居等领域。但由于无线传感器网络一般配置在恶劣环境中,以及其无线通信的特性,而且传感器节点的资源严格受限,传感器网络范围大、分布密集、部署区域的开放性而又缺少固定的网络基础设施,使得传感器节点缺乏物理安全性,一旦传感器网络受到恶意攻击或者破坏,将可能导致灾难性的后果。因此传感器网络的安全性和电源能量的有限性成为制约其在军事领域和商业领域广泛应用的瓶颈。数字签名技术对于确保信息的完整性、身份认证、不可否认性具有重要意义。虽然加密、授权和认证等方法在一定程度上能预防入侵,但不能消除入侵,而且一旦网络中传感器节点被捕获,那么拥有合法身份的攻击者就能肆意攻击整个网络,这将导致灾难性的后果。此时,被称为第二道安全防线的入侵检测往往能有效的防止这类攻击。因此,本文首先介绍了无线传感器网络的基础知识,包括安全目标,安全机制,网络结构特点,应用领域以及发展现状等。然后详细论述了无线传感器网络的加密系统,分析并比较了三种典型的加密系统的优缺点,研究了ECC数字签名算法,并在此基础上介绍了改进的N-ECDSA算法,使用c++编程语言对该签名算法进行了仿真实现,该算法能够有效避免两次求逆运算,算法更简单,计算量更小,使用Matlab对改进的签名算法和经典ECDSA签名算法的运行时间进行了对比,得出在保证算法高效、安全的前提下,改进算法的运行时间更短,从而降低了传感器节点和网络的能耗,更适合在无线传感器网络中的应用。最后介绍了免疫原理、入侵检测机制和(?)Multi-Agent技术,针对传统入侵检测技术难以适应无线传感器网络的动态性、易单点失效和适应性差的难题,将人工免疫系统的运行机理与Multi-Agent技术相结合,应用于无线传感器网络的入侵检测系统,介绍了一种基于免疫原理的Multi-Agent入侵检测系统的结构模型,并介绍了模型中各种Agent的主要功能和抗体选择过程。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-18
  1.1 论文的背景和意义  11
  1.2 无线传感器网络的安全目标  11-12
  1.3 无线传感器网络的安全威胁  12-15
  1.4 无线传感器网络对安全机制的特殊要求  15-16
  1.5 本文相关工作  16
  1.6 本文组织  16-18
第2章无线传感器网络简介  18-26
  2.1 无线传感器网络结构  18-20
    2.1.1 传感器节点结构  18-19
    2.1.2 传感器体系结构  19-20
  2.2 无线传感器网络特点  20-22
  2.3 无线传感器网络的应用  22-24
  2.4 无线传感器网络研究进展  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章无线传感器网络加密系统  26-37
  3.1 密码学  26
  3.2 对称密钥加密  26-27
  3.3 非对称密钥加密  27-32
    3.3.1 非对称密钥密码学  28-29
    3.3.2 RSA密码系统  29-30
    3.3.3 ELGAMAL密码系统  30-32
  3.4 ECC密码系统  32-36
    3.4.1 椭圆曲线的概念  32-33
    3.4.2 椭圆曲线上的的运算  33
    3.4.3 ECC加密系统  33-34
    3.4.4 ECC的特点  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章改进的基于ECC的数字签名算法  37-63
  4.1 数字签名概述  37-39
    4.1.1 数字签名的定义  37
    4.1.2 数字签名的特点  37-38
    4.1.3 数字签名的功能  38
    4.1.4 数字签名方案的分类  38-39
  4.2 数字签名的原理  39-40
  4.3 ECC数字签名算法  40-45
    4.3.1 数字签名算法  40
    4.3.2 ECDSA签名过程  40-44
    4.3.3 ECDSA算法正确性证明  44-45
  4.4 改进的ECC数字签名算法  45-47
    4.4.1 N-ECDSA的原理  46
    4.4.2 N-ECDSA算法的签名过程  46-47
    4.4.3 N-ECDSA算法的验证过程  47
  4.5 改进的ECC数字签名算法的仿真实现  47-54
  4.6 签名算法的复杂性理论分析  54-56
  4.7 签名算法复杂性的MATLAB仿真比较  56-60
  4.8 N-ECDSA算法的安全性分析  60-61
  4.9 本章小结  61-63
第5章基于免疫原理的多Agent入侵检测系统  63-71
  5.1 入侵检测原理  63
  5.2 入侵检测的分类  63-64
  5.3 入侵检测技术的相关研究  64-65
  5.4 基于免疫原理的多Agent入侵检测  65-70
    5.4.1 免疫原理  65
    5.4.2 多Agent  65-66
    5.4.3 基于免疫原理的多Agent入侵检测模型  66-68
    5.4.4 抗体选择过程  68-69
    5.4.5 系统特性分析  69-70
  5.5 本章小结  70-71
第6章总结与展望  71-73
  6.1 总结  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-76
附录攻读硕士期间研究成果  76-77
致谢  77

无线传感器网络安全问题的研究

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