基于单位设计原理的无线传感器网络密钥管理方案研究

作     者：易春焕 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李兰英

授予年度：2014年

学科分类：11[军事学] 1105[军事学-军队指挥学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 0802[工学-机械工程] 110505[军事学-密码学] 110503[军事学-军事通信学] 

主      题：无线传感器网络 密钥管理 单位设计 网络可扩展性 

摘      要：传感器节点大多部署在环境较恶劣或者是敌对等地方，且没有身份验证中心，所以很容易被敌人捕获，从而可以看出无线传感器网络的安全问题是十分重要的。大多数已有的密钥管理方案不能直接应用到无线传感器网络中，这一领域依旧存在着许多问题，目前，无线传感器网络密钥管理方案已成为了国内外的研究热点。 本文首先介绍了无线传感器网络的一些相关概念，列举了几种常见的网络安全威胁和防御措施，分析了现有的几个典型密钥管理方案，并对目前流行的攻击对抗做了模拟与比较。 经研究发现，在无线传感器网络中，利用分簇管理是一个可行的方案，本文的方案也将利用分簇管理的思想。本文提出在簇头节点与簇内成员节点之间采用的是基于单位设计原理的密钥管理方案，在簇头节点与簇头节点间采用的是第三方服务节点的方案。 对称不平衡区组设计(SBIBD)方案的可扩展性较差，存储开销较大。针对SBIBD方案存在的两个问题，利用单位设计原理的知识，提出了一种映射关系的基本方案。方案中的密钥链与单位设计中的组对应，密钥链的大小与组中元素的个数对应，方案中网络的节点数与单位设计中组的个数对应，密钥池的大小与单位设计中的元素个数对应。可以看出，密钥预分配方案与单位设计是一一对应的。 基本方案在保持较高可扩展性的同时，网络连通性不是很好。本文在基本方案的基础上对该方案进行了改进，将t个互不相交的组预存储到每个节点中，t是一个协议参数，根据网络具体要求确定t的大小。 最后，通过NS-2网络模拟软件来进行实验验证。仿真实验证明了该方案在保持较强扩展性的同时具有较高的网络连通性;而且，在相同网络规模的情况下，与现有方案相比，本文方案明显降低了的存储开销。