物联网中无线传感器网络安全关键技术研究

发布时间：2020-06-01 03:03

【摘要】：随着物联网的快速推广,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)作为物联网感知层也得到了迅猛发展。WSN由大量的传感器节点以无线无中心多跳的方式连接组成的,这些传感器节点都能够进行感知数据、处理数据以及无线通信等,并且都具有便宜、体积小和功耗低等特点。WSN作为一门新兴综合性科学技术,包含了传感测量、射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)、嵌入式、微机系统(Micro electrical-mechanical System,MEMS)以及无线网络通信等技术。在WSN快速发展的同时,信息安全成为了限制其进一步发展的核心问题。由于传感器节点一般被部署在环境恶劣的地方,存在节点数量众多,数据处理能力以及能源有限等等问题,传统的安全方案不能适用于无线传感器网络。针对物联网中无线传感器网络安全问题,本文主要从小数据分发安全和密钥管理两方面进行研究,具体内容如下:(1)研究了物联网感知层无线传感器网络的网络结构、组网方式以及其所面临的安全威胁和安全需求。针对WSN的安全关键技术,归纳总结了现有的小数据分发安全方案以及密钥管理方案。(2)针对WSN中小数据分发的安全问题,提出了一种轻量级的小数据分发安全方案。该方案采用了基于TCP SYN-Cookie改进的双向认证技术,密钥协商以及LED轻量级加密算法,实现了普通节点与网关节点之间的安全通信。能够更加有效地解决WSN中小数据分发的安全问题,抵御DDOS攻击以及中间人攻击。本方案与现有同量级的方案进行比较,具有更高的安全性和效率。(3)针对WSN中的密钥管理问题,在系统具有入侵检测功能的前提下,提出了基于分区域管理的密钥管理方案。该方案将WSN划分为若干互不重叠的六边形网络区域,每个划分区域都有一个簇头节点和若干普通传感器节点。区域内的节点利用Blom矩阵产生核心密钥,区域间的会话密钥通过簇头节点来建立,由安全网关向簇头节点和网关节点分发安全证书,进行簇头节点和网关节点的证书管理和密钥管理。本方案和同量级方案进行比较,其安全性和效率都更高,网络连通性更好。
【图文】：

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大大提高了网络覆盖率以及网络的可靠性，与此同时，网络的扩展性也较好。缺点是，提高了硬件的成本，并且使用集中管理的开销较大等。图2.1 集中式无线传感器网络结构图图2.2 分布式无线传感器网络结构图2.1.4 无线传感器网络攻击类型无线传感器网络由于其自身的特殊性，在能源、计算、通信以及存储能力这四个方面都具有一定的限制约束[34,35]。WSN 中传感器节点能量来源是微型电池，主要的能量损耗是用于传感器的模数转换、数据的通信以及计算。传感器节点之间密态会话所需的密钥协商、密钥更换和撤销等，会消耗节点大量能量。计算能力方面，WSN是由价格低的小型设备组成，节点只具有 8bit、4MHZ 的处理能力。通信能力方面，WSN 使用无线通信，能量的损耗和通信距离的关系表示为：nE kd，可以得出，传感器节点的能量损耗和通信距离的关系为指数增长。因此

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提高了硬件的成本，并且使用集中管理的开销较大等。图2.1 集中式无线传感器网络结构图图2.2 分布式无线传感器网络结构图2.1.4 无线传感器网络攻击类型无线传感器网络由于其自身的特殊性，在能源、计算、通信以及存储能力这四个方面都具有一定的限制约束[34,35]。WSN 中传感器节点能量来源是微型电池，主要的能量损耗是用于传感器的模数转换、数据的通信以及计算。传感器节点之间密态会话所需的密钥协商、密钥更换和撤销等，会消耗节点大量能量。计算能力方面，WSN是由价格低的小型设备组成，节点只具有 8bit、4MHZ 的处理能力。通信能力方面，WSN 使用无线通信，能量的损耗和通信距离的关系表示为：nE kd，可以得出，传感器节点的能量损耗和通信距离的关系为指数增长。因此
【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】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP391.44

【参考文献】