无线传感器网络中安全组密钥管理机制的研究

发布时间：2017-11-16 06:52

本文关键词：无线传感器网络中安全组密钥管理机制的研究

【摘要】：随着无线传感器技术的迅猛发展,其适用领域也在快速扩张,随之而来的安全问题也日趋严峻。传感器节点的存储空间大小、计算能力以及电池能量等均是受限的,同时,其又是采用无线电通信的方式,这使得其面临更多的安全挑战。在传统网络中针对网络安全问题已有许多成熟的方案,但这些在资源受限的传感器网络中是不适用的,必须结合传感器网络特点来重新制定方案。在无线传感器网络的实际应用中,网络多是以分簇(分组)的方式来链接网络节点的,簇内节点会经常进行组播,相对于单播通信,组播通信可以大幅提高网络资源利用率。一般为了保证数据的私密性,网络通常使用组密钥算法来加密通信数据,但仅仅这样做是不能保证网络安全的。网络中被俘获的节点可以通过已知信息来破解组密钥,即使短期内不能破解,它也可以消耗掉大量的网络资源。因此,一个完善的安全组密钥管理机制不仅要做到组密钥的安全管理,还应当及时检测出网络的异常节点,进而更新组密钥,以保证网络的稳定运行。结合前人的研究,本文设计了一个带有异常检测的安全组密钥管理方案,主要研究成果如下：针对传统基于身份的组密钥管理方案中,节点公共参数较多、组密钥更新报文长度较长等问题,本文优化了组密钥的计算和更新过程。其中,组密钥的初始计算,采用的是改进后的IBE算法。在无线传感器网络开放的运行环境中,网络和节点都很容易遭到攻击,为了提高组密钥的安全性,本文不仅在分组成员发生变化或者组密钥生命周期结束时对组密钥进行更新,而且当网络有异常节点时也更新组密钥。在本文方案中,当组密钥生命周期结束时,或者有新节点加入时,为了减少节点的计算能耗,方案采用的是对称加密算法来加密广播报文进行组密钥更新的。而当有节点因为能量不足、失联以及被认定为异常而需要从网络中撤销时,方案采用的是改进后的IBE算法。对于节点的异常检测,本文借助于机器学习算法,设计了一个基于ELM的混合异常检测模型。根据网络结构,模型把无线传感器网络分为感知层、数据汇聚层和核心控制层三层,在每层分别设置了与之相适应的异常检测模块。节点可以在正常的数据传输过程中,对数据进行分析,通过传输附带的方式来分级上报发现的异常信息。仿真实验表明,该方案不但可以抗同谋攻击、仿冒攻击等,还可以及时剔除出网络中的异常节点,进一步保障了网络的安全。方案占用存储空间小,能耗低,且存储和密钥更新独立于群组大小,具有良好的扩展性。
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4;TN929.5;TP212.9

【参考文献】

中国期刊全文数据库前8条

1 郎为民;杨宗凯;吴世忠;谭运猛;;无线传感器网络安全研究[J];计算机科学;2005年05期

2 章志明;邓建刚;彭雅丽;余敏;;无线传感器网络的组密钥管理方案[J];计算机工程;2009年16期

3 丁辉;殷新春;;一种新的基于身份的认证密钥协商协议[J];计算机工程;2010年23期

4 李恒杰;郑伟强;蔺国梁;;线性逼近SVM在入侵检测中的应用[J];计算机工程;2011年23期

5 张帅;张凤斌;;无线传感器网络中基于规范的入侵检测算法研究[J];计算机应用研究;2012年09期

6 吴昊天;陈越;谭鹏许;戴扬欢;;基于门限的组密钥管理方案[J];计算机工程;2013年03期

7 刘志远;付亚龙;;无线网络环境中一种安全的组密钥管理方案[J];计算机应用与软件;2013年09期

8 裴庆祺;沈玉龙;马建峰;;无线传感器网络安全技术综述[J];通信学报;2007年08期

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 黄建;无线传感器网络节点认证与安全检测研究[D];中国科学技术大学;2012年