无线传感器网络中应用于路由认证的密钥管理技术

• 作 者: 王兴
• 机 构: 电子科技大学
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 无线传感器网络 密钥管理 椭圆曲线 路由认证

由于传感器节点本身的硬件能力限制，以及无线传感器网络（Wireless SensorNetwork，WSN）面临的复杂环境和特殊应用需求，WSN网络的安全受到严峻挑战。而路由认证技术和应用于路由认证的密钥管理技术是实现WSN网络安全的重要技术，因此对于它们的研究具有重要的现实意义。本文对用于WSN网络的路由认证技术和应用于路由认证的密钥管理技术进行深入研究，旨在设计出安全高效的WSN网络路由认证方案和应用于路由认证的密钥管理方案。本文简述了WSN网络的特点、安全需求和安全限制条件，并对无线传感器网络所面临的安全威胁及其应对措施进行了分析。另外，本文还阐明了几种主流的WSN网络路由协议的原理，并对这些协议进行了综合分析和安全性研究。本文提出一种基于椭圆曲线密码体制的层次路由密钥管理方案。方案提供了节点初始密钥生成和分发、网络初始通信密钥的在线分配、通信密钥的周期更新、新加入节点的通信密钥分配和节点被俘获后的通信密钥更新的功能。分析表明：方案能保证密钥新鲜性和有效性，且抗俘获、空间复杂度低、计算复杂度低和网络连通性好。本文提出基于ECC密钥管理方案的层次路由认证协议，简称RA-LEACH。RA-LEACH协议中包含基于椭圆曲线密码体制的密钥管理方案和路由认证方案。路由认证方案通过提供簇头身份认证、普通节点身份认证、路由信息认证和数据完整性认证等功能，来实现路由认证。仿真表明，RA-LEACH协议和LEACH协议相比，在没有遭受网络攻击的情况下RA-LEACH协议因为增加安全机制加大了能量消耗，网络的生命周期比LEACH短20s左右。但在遭受洪泛攻击时，RA-LEACH协议因为增加了路由认证机制，可以抵御洪泛攻击，当攻击节点为10时，其网络生命周期比LEACH长80s左右。仿真表明，随着攻击节点的增加，RA-LEACH协议对洪泛攻击的防御效果越来越明显。安全性分析表明，RA-LEACH协议对多种网络攻击具有抵御能力。