基于组合公钥的WSN密钥管理方案的研究

发布时间：2017-03-20 21:01

  本文关键词：基于组合公钥的WSN密钥管理方案的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Networks)发展非常迅速,已经广泛应用到社会各个领域,是国内外研究的一个热点。无线传感器网络是一个开放的网络,多数情况会被部署到条件恶劣的环境,容易遭受各种类型的网络攻击,节点容易被捕获或篡改,保证网络安全是无线传感器网络发挥其作用的前提,因此无线传感器网络中需要一个安全高效的密钥管理方案来建立节点之间的会话密钥。通常,为了节约成本和控制节点体积,无线传感器网络的节点具有电池能源与存储空间有限、通信能力与计算能力弱的特点,这给无线传感器网络中的密钥管理方案的设计增加了难度,不仅要求所设计的方案有较小复杂性,占用较少资源,还必须保证网络的安全性与可靠性,因此传统的密钥管理方案无法直接应用到无线传感器网络中。本文根据传感器网络节点的特点,在解椭圆曲线离散对数问题困难性的前提下,提出了一种基于组合公钥技术的无线传感器网络密钥管理方案,并详细描述了方案采用的网络模型和网络部署前的初始化、密钥协商、密钥更新以及网络动态扩展等过程。本文方案以少量矩阵元素组合出大量的密钥,大大缓解了节点存储空间受限与大量密钥存储需求之间的矛盾。分析与对比结果表明本文方案具有较强的安全性,可以抵抗共谋攻击、消息重放攻击、拒绝服务攻击等无线传感器网络常见攻击,同时在网络连通率、存储效率、网络通信量、计算开销等方面相对于传统方案有较大优势,可以应用于大型分布式无线传感器网络。
【关键词】：无线传感器网络 密钥管理 组合公钥 椭圆曲线密码体制 合谋攻击
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN918.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景和意义10-11
• 1.2 国内外相关研究现状及其发展趋势11-14
• 1.2.1 研究现状11-13
• 1.2.2 发展方向13-14
• 1.3 研究内容及组织结构14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 本文组织结构15-16
• 第2章 无线传感器网络及其密钥管理方案16-28
• 2.1 无线传感器网络16-24
• 2.1.1 传感器节点的结构17-18
• 2.1.2 无线传感器网络结构18-21
• 2.1.3 无线传感器网络的安全特性21-22
• 2.1.4 无线传感器网络的应用22-24
• 2.2 无线传感器网络中的密钥管理方案简介24-27
• 2.2.1 无线传感器网络密钥管理方案分类24-26
• 2.2.2 无线传感器网络密钥管理方案性能评价指标26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 本方案的总体设计及关键技术28-34
• 3.1 方案总体设计28-30
• 3.1.1 分簇式网络模型28-29
• 3.1.2 方案假设29
• 3.1.3 方案中两种密钥体制29-30
• 3.2 基于椭圆曲线的组合公钥技术30-33
• 3.2.1 有限域上的椭圆曲线30
• 3.2.2 椭圆曲线上的运算30-31
• 3.2.3 椭圆曲线上的组合公钥技术31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 基于组合公钥的WSN密钥管理方案详细设计34-41
• 4.1 初始化参数以及符号定义34-36
• 4.1.1 符号定义34
• 4.1.2 系统参数初始化34-36
• 4.2 密钥协商过程36-39
• 4.2.1 基站与簇头节点的密钥协商36-37
• 4.2.2 簇头节点与簇内节点的密钥协商37-38
• 4.2.3 簇内节点之间的密钥协商38-39
• 4.3 节点的加入和退出处理39
• 4.4 密钥更新方案39-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 方案性能分析41-48
• 5.1 安全性41-43
• 5.1.1 节点伪造攻击41-42
• 5.1.2 合谋攻击42-43
• 5.1.3 拒绝服务攻击43
• 5.1.4 重放攻击43
• 5.2 性能分析43-47
• 5.2.1 连通性及通信开销43-44
• 5.2.2 存储性能44-46
• 5.2.3 计算开销46-47
• 5.3 本章小结47-48
• 结论48-50
• 参考文献50-55
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单55-56
• 致谢56

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