无线体域网的安全认证与密钥协商机制研究

发布时间：2017-10-29 05:31

  本文关键词：无线体域网的安全认证与密钥协商机制研究

  更多相关文章： 无线体域网 安全认证 BAN逻辑 密钥协商

【摘要】：近年来,无线传感器技术取得了飞速发展,在军事、医疗以及商业领域都发挥着巨大的作用。与此同时,无线体域网(WBAN)作为无线传感器网络(WSN)的一种特殊应用逐渐进入人们的视野。无线体域网是一种以人体为中心的网络,可以实时监测人体内的健康状况,为老年人和残疾人提供方便。无线体域网的通信主要分为体内和体外两个部分,体内通信部分由若干个具有存储和计算功能的微型传感器和一个主传感器节点组成,而体外通信部分由用户便携设备以及远程医疗机构构成。然而无论是体内还是体外的通信过程中都是采用无线网络进行通信,在这种开放的环境下传输与人体健康状况相关的生理信息存在着很大的安全威胁,需要严格的安全机制来保证无线体域网的安全。本文首先对无线体域网中存在的安全威胁以及安全需求进行了详细的分析,其中体域网中存在的安全威胁主要包括网络窃听、重放攻击、消息篡改、伪装攻击以及拒绝服务攻击。一个安全的体域网架构应当能够满足的安全需求主要有数据的机密性、数据的完整性、认证性以及数据的新鲜性。虽然在传统的无线传感器网络中已经有很多的安全机制存在,但是鉴于无线体域网的独特的网络结构以及特点,几乎都不适用于体域网,因此需要设计新型的安全协议来保证无线体域网的通信安全。本文中分别针对体内和体外设计了新型的身份认证与密钥协商协议,其中考虑到体内传感器节点有限的计算能力、存储资源受限以及动态多跳星型拓扑结构等特点,本文提出了四个基于对称密钥算法的认证与密钥协商协议,其中协议Ⅰ和协议Ⅲ是无需中继节点协同的两方认证与密钥协商协议,协议Ⅱ与协议Ⅳ均是带中继节点三方认证与密钥协商协议,协议Ⅰ以及协议Ⅱ是由中心节点定期发起的认证,而协议Ⅲ以及协议Ⅳ则是在紧急特殊情况下由普通传感器节点发起的认证,这四种协议分别实现了在不同场景下无线体域网节点之间的选择认证。另外,体外部分设计主要是考虑用户移动终端和后台存储服务器之间的安全通信,采用双线性对运算提出了一种新型的签密方案实现了它们之间的身份认证与密钥协商,新的方案在简化计算复杂度的同时,还具有较高的安全性。其次,我们利用AUTLOG逻辑对协议Ⅰ与协议Ⅱ进行了安全性证明,并将其分别于现有的密钥协商协议进行对比分析,结果表明,在安全性方面,针对体内部分设计的四个协议可以抵抗DoS泛洪、抵抗被动攻击、抵抗中间人攻击并且具有前向安全性,可以满足无线体域网的安全需求。同样,我们对体外设计的基于双线性对运算的认证与密钥建立协议进行了详细的安全性分析,分析表明本方案具有保密性、不可伪造性、抵抗重放攻击,并且具有前向和后向安全性。最后,本文对体内部分的协议Ⅰ和协议Ⅱ进行了仿真实验,仿真主要包括计算运行时间以及能量损耗两方面内容。为了使分析结果更加清晰明确,将协议Ⅰ与协议Ⅱ分别于其他协议进行了比较分析。同时,本论文对所提出的体外部分的SS-MN基于身份的认证与密钥协商协议和现有的四种协议在Linux系统下使用PBC数据库进行了仿真实验,仿真包括算法中用户终端和后台服务器端计算所用的时间,结果显示新方案在安全性和性能上达到了更好的平衡。
【关键词】：无线体域网 安全认证 BAN逻辑 密钥协商
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 国内外研究现状16-17
• 1.3 论文研究内容及安排17-19
• 第二章 相关背景知识19-29
• 2.1 无线体域网简介19-21
• 2.1.1 无线体域网的应用结构19-20
• 2.1.2 无线体域网中的安全威胁20-21
• 2.2 WBAN安全架构21-25
• 2.2.1 改进的无线体域网体内的拓扑结构模型22-23
• 2.2.2 安全状态与安全层次23-25
• 2.3 典型的认证与密钥协商协议25-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 无线体域网体内安全认证与密钥协商协议29-51
• 3.1 无线体域网体内节点安全关联流程图29-30
• 3.2 BNC主动发起方式下的认证与密钥协商协议的设计30-33
• 3.3 BNC被动发起方式下的认证与密钥协商协议的设计33-35
• 3.4 形式化安全性证明35-42
• 3.4.1 信任逻辑简介35-36
• 3.4.2 逻辑符号规则36
• 3.4.3 推理规则36
• 3.4.4 协议Ⅰ形式化证明过程36-39
• 3.4.5 协议Ⅱ形式化证明过程39-42
• 3.5 四个协议的安全性分析42-44
• 3.6 性能分析44-48
• 3.6.1 算法运行时间仿真分析44-47
• 3.6.2 计算能量损耗分析47-48
• 3.7 本章小结48-51
• 第四章 一种适用于WBAN体外安全认证与密钥建立的方案设计51-61
• 4.1 密码学基础知识51-54
• 4.2 SS-MN基于身份的认证与密钥协商协议的设计54-56
• 4.3 安全性分析56-57
• 4.4 性能分析57-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 总结和展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-69
• 作者简介69-70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘毅;宋余庆;;无线体域网技术研究[J];小型微型计算机系统;2013年08期

2 孔令淑;姚向华;;无线体域网中的低功耗快速组网算法[J];微电子学与计算机;2013年12期

3 张洹千;杜晓薇;杨坚;卞士平;韩雪松;李擎;金庆辉;赵建龙;;一种体域网无线心电监护系统的研制与测试[J];现代电子技术;2014年04期

4 张春青;邹卫霞;李斌;刘月桂;;医疗体域网研究进展[J];中国医疗器械杂志;2012年02期

5 张莉;;无线体域网资源分配研究[J];电信工程技术与标准化;2014年08期

6 韩书平;钱良;杨宁健;;一种新型的能量受限无线体域网路由协议[J];信息技术;2009年11期

7 刘国华;赵子春;王延涛;孙玉刚;杨锶毅;;无线体域网中体征参数的采集与处理[J];南开大学学报(自然科学版);2010年01期

8 韩德强;刘立哲;顾春雷;;基于Windows Phone 7的体感健身系统的设计与实现[J];电子技术应用;2012年01期

9 孔龙;陈平平;徐位凯;陈志雄;;FM-DCSK UWB技术在无线体域网中的性能分析[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2013年02期

10 高鹏;杨永健;杜占玮;吴方明;;无线体域网隐私保护技术研究[J];计算机应用研究;2013年11期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张晓博;袁开国;伍淳华;徐贤仲;;无线体域网(WBAN)安全技术研究[A];第九届中国通信学会学术年会论文集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 胡春民;体域网研究应列入国家规划[N];中国电子报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 于丽娜;无线体域网中数据融合绿色模型及传输调度算法研究[D];中国农业大学;2016年

2 武杨;基于无线信道特征的体域网安全技术研究[D];北京邮电大学;2014年

3 肖玲;无线体域网中人体动作监测与识别若干方法研究[D];湖南大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王林;基于无线体域网的远程健康监护及其应用决策方法的研究[D];华东理工大学;2016年

2 鲍文旭;基于随机计算方法的体域网通信技术研究[D];复旦大学;2014年

3 贾涵中;基于WBAN的医疗无线监测系统的设计与实现[D];东北大学;2014年

4 杜宇;基于凸优化的无线体域网传感器节点选择问题研究[D];吉林大学;2016年

5 廖武;体域网中多传感器数据融合算法的研究[D];吉林大学;2016年

6 王帆;超声波体域网中数据链路层可靠性研究[D];吉林大学;2016年

7 王丰;运动姿态下无线体域网高能效技术研究[D];吉林大学;2016年

8 赵孝松;基于功率控制的无线体域网间同频干扰抑制[D];中国科学技术大学;2016年

9 安旭磊;体域网中脉搏数据融合研究[D];天津工业大学;2016年

10 李斯;可穿戴式无线体域网检测与传输技术的研究[D];上海师范大学;2016年

，

本文编号：1111651