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《华中科技大学》 2010年
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无线传感器网络密钥管理研究

雷凤宇  
【摘要】: 随着无线传感器网络的不断发展,其应用范围越来越广泛。由于无线传感器网络通常部署于缺乏物理保护的环境,因此当传送敏感数据时尤其需要考虑其安全性。然而,无线传感器网络的资源和计算能力均有限,且无法建立基础设施以提供可信第三方服务,使得无线传感器网络较之传统的网络在安全性方面面临更大的挑战。 为了实现无线传感器网络的安全通信,目前已有多种解决方案。其中基于对称密码体制的方案使得会话密钥的协商过于复杂,且需要较大的存储空间;而基于传统公钥密码体制的方案由于需要在线可信第三方提供认证,也不适用于无线传感器网络;虽然安全多方计算无需可信第三方,但是其计算复杂性和通信复杂性较高,也不实用。因此如何实现安全高效的密钥管理成为重要的研究课题。针对无线传感器网络应用,将公钥密码系统和对称密码系统相结合,从信息论的角度深入研究了会话密钥的选取;提出了一种高效的IBE方案;并针对两个网络应用提出了两种解决方案。 为了实现会话密钥的合理选取,深入分析了密码体制的明文空间、密文空间、密钥空间以及密钥概率之间的关系,给出并证明了两个特殊密码体制具有完善保密性的必要条件;提出了一种构造完善保密密码体制的实现方案和密钥选取的四个标准;对一类无法构造完善保密密码体制的明文空间、密文空间、密钥空间之间的参数关系进行总结,进一步强化了构造完善保密密码体制的条件,在实际应用中对于无线传感器网络的会话密钥选取具有指导意义。 针对无线传感器网络资源受限的特点,结合组合公钥的思想提出了一个较实用的基于身份的加密方案(IBE方案)——L-IBE方案。通过和已有的知名方案相比,L-IBE方案在计算效率(加解密计算开销)、密文长度和私钥长度方面具有更好的性能指标。在安全性方面,L-IBE具有标准模型下可证明安全性,并通过对比可知,其在模型、难题假设和归约程度方面优势明显。因此,L-IBE方案更适用于无线传感器网络密钥建立。 密钥分发是无线传感器网络中重要的研究课题之一,而传统的安全措施无法直接应用于无线传感器网络。为此,提出了基于组合公钥的认证协议作为安全机制,实现安全的密钥建立和认证,并使用BAN逻辑,分析了该协议的安全性。对协议握手过程的能量消耗进行仿真,结果显示将该协议应用于无线传感器网络是可行的。 为了解决组合公钥密码在特定条件下存在同谋攻击的安全性问题,设计了一种基于身份的动态多簇密钥管理模型。该模型以簇为单位进行密钥管理,使得每个节点只需存储少量的密钥即可抵抗同谋攻击,而且具有密钥分发过程简单高效、密钥更新开销小和不依赖可信第三方便可实现身份认证的优点。基于该模型提出了一种具有形式化可证明安全的数据聚合方案,并讨论了该方案握手过程所需要消耗的能量,结果显示在新模型下将公钥密码体制用于无线传感器网络是可行的。最后,将所提方案与TAG, CPDA两种数据聚合方式进行对比,得出提出方案具有更好的安全性,且仿真结果也进一步显示了方案在通信开销上的合理性以及在通信成功率上的优势。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.9;TN918.82

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
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