无线传感器网络节点认证协议研究

发布时间：2017-05-12 23:04

  本文关键词：无线传感器网络节点认证协议研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线、多跳、自组织方式形成的静态网络系统。其部署目的为侦测固定区域内的情报数据,例如环境监测与行为侦测等。对于军事级或商业级的侦测行为,安全问题显得尤其重要。由于无线传感器网络自身特点与节点资源限制,传统的安全机制并不适用。目前,针对无线传感器节点的身份认证方案可分为两大类：基于对称密钥和基于非对称密钥。以Eschenauer-Gligor方案为代表的对称密钥认证方案存储消耗大,抗捕获能力差；以TinyPK方案为代表的非对称密钥认证方案计算消耗大,拓展性、健壮性差。大量已有研究工作致力于减小非对称加密算法的计算开销与能耗；提出更为安全、合理的密钥管理方案。鉴于以上问题,本文针对层次式无线传感器网络模型,提出一种基于零知识证明的节点身份认证方案,用以解决传统身份认证方案抗捕获力差,健壮性低的问题。本文主要工作在于：(1)针对无线传感器节点计算能力低、抗捕获性差的特点,优化已有算法并用于无线传感器网络身份认证。已经证明,椭圆曲线加密(ECC)算法可用于无线传感器网络身份认证。本文基于椭圆曲线离散对数问题对已有算法交互步骤进行并行处理,减小其计算耗时,并给出该算法与ECC算法、RSA算法的性能比较。本算法中,节点的认证密钥不直接参与身份认证,增大攻击者获取认证密钥的难度,解决了原有身份认证方案无法抵御攻击者通过捕获节点发起的深层次攻击的缺陷,加强了网络健壮性。(2)针对层次式无线传感器网络模型,提出一种基于零知识证明的身份认证方案。本方案采取LEAP密钥管理方案,节点只需存储个体密钥、簇密钥及认证密钥,节省了节点存储空间。本方案的认证过程分为四个步骤：一、节点与簇首的注册认证,二、节点与簇首的双向认证,三、网络拓扑结构建立,四、节点簇间漫游认证。分别给出四个阶段信息的交互过程。对本文所提方案进行安全与性能分析,给出其对常见攻击手段的抵御能力及与经典方案网络延时对比。分析表明,本方案相较于经典方案提高了认证密钥安全性,节点与簇首实现了双向认证,能更有效抵御中间人攻击、女巫攻击、重放攻击及Dos攻击等攻击手段。仿真性能表明,本方案网络延时小于基于ECC算法的Benenson强用户认证方案和基于RSA算法的TinyPK身份认证方案。
【关键词】：无线传感器网络 零知识证明 椭圆曲线加密算法 身份认证
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN918.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 论文研究内容和结构安排14-16
• 第2章 无线传感器网络安全综述16-25
• 2.1 无线传感器网络特性16-17
• 2.2 无线传感器网络安全需求17-19
• 2.2.1 数据安全需求17-18
• 2.2.2 网络安全需求18-19
• 2.3 无线传感器网络局限性19-20
• 2.3.1 部署环境特点19
• 2.3.2 传感器节点的局限19-20
• 2.4 针对无线传感器网络的攻击20-22
• 2.5 无线传感器网络安全机制设计22-24
• 2.5.1 密钥的选取和建立22-23
• 2.5.2 认证机制设计23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 无线传感器网络节点身份认证25-32
• 3.1 WSNs身份认证设计要求25-26
• 3.2 身份认证方案26-31
• 3.2.1 基于对称密钥体制的身份认证26-27
• 3.2.2 基于非对称密钥体制的身份认证27-29
• 3.2.3 基于身份标识加密算法的身份认证29-31
• 3.3 传统身份认证方案缺陷分析31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 基于零知识证明的身份认证方案32-43
• 4.1 零知识证明认证方案设计32-34
• 4.1.1 Schnorr身份识别协议32-33
• 4.1.2 基于RSA数字签名的零知识证明方案33-34
• 4.2 核心算法34-36
• 4.2.1 椭圆曲线离散对数问题34-35
• 4.2.2 基于椭圆曲线的零知识证明方案35-36
• 4.3 密钥的分发与管理36-39
• 4.3.1 参数的选取37
• 4.3.2 身份标识及密钥生成37-38
• 4.3.3 密钥的添加38
• 4.3.4 密钥的撤销38
• 4.3.5 密钥的更新38-39
• 4.4 基于零知识证明的身份认证方案实现39-41
• 4.4.1 节点与簇首的注册认证39-40
• 4.4.2 节点与簇首的双向认证40-41
• 4.4.3 网络拓扑结构建立41
• 4.4.4 节点簇间漫游认证41
• 4.5 本章小结41-43
• 第5章 基于零知识证明的身份认证方案性能43-53
• 5.1 方案安全性分析43-48
• 5.1.1 双向认证43
• 5.1.2 密钥安全性43-44
• 5.1.3 抗捕获性44-46
• 5.1.4 抗攻击性46-48
• 5.2 性能分析与仿真48-52
• 5.2.1 计算开销分析49-51
• 5.2.2 存储开销分析51
• 5.2.3 仿真分析51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 总结与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 万智萍;;基于改进Das协议的无线传感器网络用户认证协议UAPL[J];计算机应用;2014年02期

  本文关键词：无线传感器网络节点认证协议研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：361023