无线传感器网络密钥管理方案设计与实现

发布时间：2017-05-03 15:15

  本文关键词：无线传感器网络密钥管理方案设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信技术、微电子技术、传感器技术等技术的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)已广泛应用于军事、医疗、交通、家居等诸多领域,无线传感器网络拥有巨大的发展与应用前景,吸引了国内外研究者的广泛关注。节点资源受限、部署区域的不可知性、无线通信的不安全性等问题使得无线传感器网络在实际应用中存在安全问题,而密钥管理是无线传感器网络的安全基础,为无线链路数据信息提供安全性保障。本文设计了适用于无线传感器网络的密钥管理方案,主要工作如下所示:(1)分析并总结了无线传感器网络面临的安全问题,分析了无线传感器网络的安全需求以及密钥管理方案的安全目标,阐述了密钥协商协议与密钥预分配方案的国内外研究现状。(2)针对无线传感网群组密钥协商协议计算开销较大的问题,提出一种基于非双线性对无证书群组密钥协商协议。在本协议中,通过点乘运算生成会话密钥,以降低节点的计算开销。最后,分析了协议的计算开销和通信开销,结果表明所提协议能保证群组节点通信的安全性,并有效降低群组节点通信的计算开销。(3)针对无线传感网中基于对称加密的密钥预分配方案安全性低、无有效节点认证的问题,提出一种基于非双线性对的无证书密钥预分配方案。方案引入无证书加密体制,保证方案的安全性;方案增加节点认证阶段,保证节点身份信息安全;最后分析了方案的连通性、抗捕获性、计算开销、通信开销,结果表明所提方案既提高了节点的连通性、抗捕获性,又降低了计算开销。(4)针对无证书密钥管理的复杂性,基于OMNeT++仿真系统进行二次开发实现密钥管理仿真原型系统。该系统提供了密钥生成、密钥协商等关键操作,系统满足无证书加密体制下的参数初始化、密钥的分配、协商、建立操作,且提供相应的算法接口以便调用。
【关键词】：无线传感器网络 密钥管理 密钥协商 密钥预分配 无证书
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题背景与研究意义9-11
• 1.2 研究现状11-15
• 1.2.1 密钥管理机制11-12
• 1.2.2 密钥协商机制12-14
• 1.2.3 密钥预分配机制14-15
• 1.3 本文主要工作及组织结构15-18
• 第二章 无线传感器网络密钥管理知识18-31
• 2.1 无线传感器网络概述18-27
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构及其特点18-21
• 2.1.2 无线传感器网络安全需求21-22
• 2.1.3 无线传感器网络中的安全威胁与安全机制22-25
• 2.1.4 密钥管理方案安全评价指标25-27
• 2.2 密钥管理基础知识27-30
• 2.2.1 加密算法27-28
• 2.2.2 数论基础28
• 2.2.3 椭圆曲线密码体制28-29
• 2.2.4 密码学困难性问题29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 典型的密钥管理方案31-39
• 3.1 密钥管理方案分类31-32
• 3.2 随机密钥管理方案32-36
• 3.2.1 全局密钥管理方案32-33
• 3.2.2 随机密钥管理方案33-34
• 3.2.3 分簇的密钥管理方案34-36
• 3.3 确定密钥管理方案36-38
• 3.3.1 基于地理或者部署信息的密钥管理方案36-37
• 3.3.2 基于公开加密体制的密钥管理方案37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 WSN中基于非双线性对的无证书群组密钥协商协议39-56
• 4.1 引言39-40
• 4.2 基于非双线性对的群组密钥协商协议40-45
• 4.2.1 系统初始化41
• 4.2.2 会话密钥协商阶段41-45
• 4.3 安全性分析45-52
• 4.3.1 形式化分析45-51
• 4.3.2 非形式化分析51-52
• 4.4 性能分析和仿真52-55
• 4.4.1 协议开销分析52-53
• 4.4.2 仿真及结果分析53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 WSN中基于非双线性对的无证书密钥预分配方案56-69
• 5.1 引言56-57
• 5.2 基于非双线性对的无证书密钥预分配方案57-62
• 5.2.1 系统参数初始化阶段57-58
• 5.2.2 密钥预分配阶段58-59
• 5.2.3 节点认证阶段59-61
• 5.2.4 相邻节点发现阶段61-62
• 5.3 安全性分析62-64
• 5.3.1 抗捕获性分析63-64
• 5.4 性能与仿真分析64-68
• 5.4.1 开销分析64-66
• 5.4.2 仿真及结果分析66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 基于OMNeT++的密钥管理仿真原型系统69-92
• 6.1 OMNeT++仿真系统简介69-73
• 6.1.1 OMNeT++仿真系统特点69-71
• 6.1.2 NED语言概述71
• 6.1.3 部件概述71-73
• 6.2 基于OMNeT++的密钥管理仿真原型系统设计与实现73-84
• 6.2.1 系统需求分析73-75
• 6.2.2 系统设计75-81
• 6.2.3 系统功能实现81-84
• 6.3 系统测试84-91
• 6.3.1 测试环境84-85
• 6.3.2 功能测试85-89
• 6.3.3 性能测试89-91
• 6.4 本章小结91-92
• 第七章 总结与展望92-94
• 参考文献94-97
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文97-98
• 致谢98

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