无线传感器网络组密钥管理方案研究

【摘要】无线传感器网络是以数据为中心、以获取信息为目的的无线网络。无线传感器网络通常部署在恶劣的远程环境中。由于网络的特殊性，在无线传感器网络中，组播是比单播更有效的通信方法，组播能够在很大程度上节省带宽和能量。在一般情况下，由于传输是发生在多个网络渠道上的，组播远比单播更容易受到攻击。因此，如何保证无线传感器网络中的组播安全成为了一个重要问题。目前，大部分无线传感器网络在组播的过程中，使用组密钥加密信息，从而确保组播信息的安全。由此可见，组密钥的安全管理是组播安全的重要保障。本文在对无线传感器网络和已有组密钥管理方案分析的基础上，针对当前组密钥管理方案存在的开销过大、安全性不高的问题，提出了三种方案：1、本文在借鉴本地协作方法的基础上，提出了一种基于簇协作的组密钥管理方案。该方案采用基于身份加密的簇协作方式来实现组密钥的更新，并使用伪随机数生成器和哈希函数产生更新多项式，从而保证组内合法节点密钥分量的及时更新。该方案在具有良好安全性的同时，有效降低了存储开销和通信开销。2、由于传感器节点部署区域比较复杂，节点可能会暂时与组管理者失去连接，从而使得节点无法及时更新组密钥。针对这个问题，本文提出了一种基于中国剩余定理的自愈组密钥管理方案，该方案利用中国剩余定理构造自愈密钥，并通过广播自愈密钥和消息认证码来保证广播消息的完整性和方案的自愈性。3、基于中国剩余定理的自愈组密钥管理方案在具备自愈性的同时，减小了存储开销和通信开销，但其并未考虑单点失效的问题。针对这个问题，本文提出了一种采用基于身份加密的自愈组密钥管理方案。在该方案中，组管理者与组成员节点采用基于身份加密的方式预先生成共享信息，组管理者使用共享信息和加密信息构造广播消息，并利用广播消息来实现组密钥的及时更新。分析表明，该方案具有自愈功能，同时也支持组管理者的安全撤销。当组管理者被撤销之后，组成员节点能够选举产生新的组管理者，并由新的组管理者来发起组密钥的安全更新。
【作者】吴尊雷；
【导师】游林；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】无线传感器网络；组密钥；自愈；安全性；开销；

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