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基于信誉机制的无线传感器网络密钥管理的研究

作　者: 陈德军
导　师: 刘涛
学　校: 安徽工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络网络安全信誉机制密钥管理贝塔分布椭圆曲线密码体制
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

无线传感器网络是由大量具有计算与通信能力的传感器节点构成,能够感知与采集网络分布区域内的各种对象信息或实时监测对象,其节点和物理世界紧密相连,由于无需预先部署基础设施,在车辆流量控制、目标跟踪、战场环境、抢险救灾等领域具有广泛的应用前景。但是无线信道的开放性以及传感器节点经常部署在无人值守的恶劣环境,使得无线传感器网络安全威胁不仅来自外部的攻击,还有内部节点的攻击。为了解决无线传感器网络的安全问题,必须采取一套安全策略,而密钥管理协议是其他安全机制的基础。另外大多数机制都假定网络中所有的节点本身是可信的,然而网络中节点有可能由于被捕获而提供错误的服务,或者节点因计算能力、存储、通讯带宽和电池能量等方面严重受限,使得节点易失效。单纯依靠传统的密码体制是无法解决无线传感器网络所遇到的这些新安全问题的,因此本文将节点的可信性引入密钥管理中。为了解决无线传感器网络的安全可信问题,本文借鉴信誉/信任这一概念,在无线传感器网络中设计了一个基于节点行为的信誉管理模型。该模型用Beta分布形式化地描述了传感器节点直接信誉的表示与更新,同时计算其信任值,并引入置信度衡量信任值的可信度,给出了间接信誉的获取与处理,并利用统计学方法整合直接信任和间接信任,从而计算节点的整体信任值。在信誉模型的基础上,结合无线传感器网络密钥特点和需求,提出了一种基于节点信誉机制和椭圆曲线密码体制的密钥管理方案,实现密钥的分配、更新、撤销以及新加入节点时的密钥生成。该方案采用完全分布式结构,各个节点部署后根据与邻居节点交互的结果更新其信誉参数,同时根据需求将信誉参数推荐给其他节点,主节点根据客节点的直接信誉和推荐信誉利用信誉管理模型计算客节点的信任值,并判断该值是否小于规定的阈值,若小于阈值,则不与之产生密钥或者挂起已经产生的密钥；否则与之实现密钥的协商与更新。通过模拟实验对基于节点行为的信誉管理模型和基于信誉模型的密钥管理方案进行了仿真与分析。实验表明所提出的方案能够有效地识别恶意节点和失效节点,进而将恶意节点排除在网络之外,在保证密钥连通性基础上有效地减少了密钥的存储空间,在密钥更新阶段中加入保密和认证功能,增加了网络攻击的难度,提高了网络的安全性、可靠性和可用性,密钥管理是自组织式的,具有很好的可扩展性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 论文主要工作  16-17
  1.4 论文组织结构  17
  1.5 本章小结  17-18
第2章无线传感器网络密钥管理  18-32
  2.1 无线传感器网络  18-20
    2.1.1 无线传感器网结构  18-19
    2.1.2 无线传感器网络的特点  19-20
  2.2 无线传感器网络面临的威胁  20-21
  2.3 无线传感器网络安全关键技术  21-23
  2.4 无线传感器网络密钥安全属性与性能指标  23-25
    2.4.1 无线传感器网络密钥管理安全属性  23-24
    2.4.2 无线传感器网络密钥性能指标  24-25
  2.5 无线传感器网络密钥管理研究  25-31
    2.5.1 密钥管理  25
    2.5.2 无线传感器密钥管理方式  25-26
    2.5.3 无线传感器网络密钥管理方案  26-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章无线传感器网络信誉机制  32-43
  3.1 信任与信誉  32
  3.2 无线传感器网络的信任需求与信誉机制  32-33
  3.3 典型的的信誉机制研究  33-36
    3.3.1 CONF IDANT协议  33-34
    3.3.2 经典的基于Beta分布的信誉模型  34-35
    3.3.3 基于半环(semiring)代数理论的信誉模型  35-36
    3.3.4 RFSN框架  36
  3.4 基于节点行为的无线传感器网络信誉模型设计  36-40
    3.4.1 预备知识  36-37
    3.4.2 模型初始化  37-38
    3.4.3 基于节点行为的直接信誉模型  38-39
    3.4.4 间接信誉的获取与处理  39-40
    3.4.5 计算节点信任度  40
  3.5 仿真结果及其分析  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章基于信誉机制的无线传感器网络密钥管理  43-56
  4.1 椭圆曲线密码体制  43-47
    4.1.1 椭圆曲线及点的运算  43-44
    4.1.2 椭圆曲线离散对数问题  44-45
    4.1.3 典型的椭圆曲线公钥密码协议  45
    4.1.4 椭圆曲线密码体制的优点  45-47
  4.2 基于信誉机制的无线传感器网络密钥管理方案设计  47-52
    4.2.1 网络初始化  48
    4.2.2 初始密钥的生成  48-49
    4.2.3 基于信誉的密钥更新  49-51
    4.2.4 新节点的加入  51
    4.2.5 节点的离开与密钥的撤销  51-52
  4.3 安全与性能分析  52-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章总结及展望  56-58
  5.1 工作总结  56-57
  5.2 工作展望  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文目录  61-62
攻读学位期间参加的科研项目  62-63
致谢  63

基于信誉机制的无线传感器网络密钥管理的研究

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