无线传感器网络中基于组合设计的密钥预分发方案研究.doc

无线传感器网络中基于组合设计的密钥预分发方案研究随着无线传感器网络在民用和军事领域中越来越广泛的应用,网络中的安全问题受到了人们越来越多的重视。在无线传感器网络中,多项安全技术的应用基础是加密技术,而加密技术中一个关键的问题就是密钥管理。因此在无线传感器网络安全中,密钥管理起着非常重要的作用。一般情况下,在无线传感器网络部署之前,其相关部署信息是无法预知的。为了解决该问题,人们提出了密钥预分发方案。由于无线传感器网络自身的特点和限制,密钥预分发方案的评估指标往往是相互冲突的。因此怎样为不同应用场景下的无线传感器网络设计出合适的密钥预分发方案,一直是备受关注的问题。本文主要对无线传感器网络中基于组合设计的密钥预分发方案进行了研究,旨在利用组合设计构造出安全有效的密钥预分发方案。具体研究内容概括如下:1.基于一类由饱和对称正交表与Kronecker和得到的混合水平正交表,提出了一种密钥预分发方案。在该方案中,任意两个节点都拥有相同的密钥,即直接的连通概率等于1,所以节点间不用建立密钥路径。对于一个给定的节点数,可能存在多种参数选择,进而可以得到多个不同的方案,这使得所提出的构造方法更加灵活。在对所提出的方案进行分析并与已有方案进行比较之后发现,在给定节点数的情况下,该方案比已有方案或者具有更好的连通性和抗毁性或者具有更低的密钥存储量。2.针对拥有一个可信基站和一个经过认证广播信道的无线传感器网络,提出了一种基于正交表的广播加强密钥预分发方案。在所提出的方案中,为了能够有效地撤销节点,对于节点中底层密钥的分配,仍然采用基于逻辑密钥树的方案,但对于节点中临时密钥的分配,采用了基于正交表的密钥预分发方案。在分析了该方案的连通性,抗毁性及广播负载之后,与已有方案进行了比较。比较的结果显示,当每个逻辑密钥树包含的节点数较少时,所提出的方案比已有方案具有更好的连通性和抗毁性。3.针对两层分层无线传感器网络,提出了一种基于组合设计的密钥预分发方案。在两层分层网络中,有一小部分节点具有更多的资源。在方案中,首先利用正交表构造出一个密钥预分发方案,然后把对应于一个区组的密钥集合分配给一个拥有更多资源的节点,把对应于一个区组随机子集的密钥集合分配给一个拥有较少资源的节点。在一些不同的网络模型下,对所提出的方案进行了分析,并与随机的密钥预分发方案进行了比较。比较的结果表明,所提出的方案具有更好的抗毁性,而且对于给定的密钥存储量,可以更好地权衡连通性和抗毁性。4.提出了一种基于横截设计密钥预分发方案的哈希链改进方案。在基于横截设计的密钥预分发方案上,应用了两个基于哈希链的改进方法。改进方案在保持原始方案连通性的同时,提高了原始方案的抗毁性,但增加了一些计算量。在分析了所提出的改进方案之后,与已有的改进方案进行了比较。通过比较发现,在给定节点密钥存储量、直接连通概率和哈希链长度的情况下,所提出的改进方案具有更好的抗毁性。