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《武汉理工大学》 2008年
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增强安全性的IEEE 802.15.4协议研究

杨剑  
【摘要】: 无线传感器网络是一种特殊的Ad Hoc网络,它具有自组织、快速展开、抗毁坏性强等特点,在军事、环境监测、医疗健康、工业控制等方面有着十分广阔的应用前景。无线传感器网络是一种以数据为中心的自组织无线网络,网络拓扑结构动态变化,网络中的节点密集,数量巨大,部署在十分广泛的区域。传感器节点的计算能力、电源能量、通信能力和存储空间非常有限,且一般配置在恶劣环境、无人区域或敌方阵地中,因此确保传感器网络的安全通信尤为重要。在传感器网络的安全通信中,信息的保密性及完整性至关重要,这就使得密钥管理和消息认证成了传感器网络安全研究中的一个重要问题。IEEE802.15.4标准是针对低速无线个人域网络的无线通信标准,把低功耗、低成本作为设计的主要目标,为个人或家庭范围内不同设备之间低速联网提供标准。IEEE802.15.4标准因其低速率、低成本、低功耗、高质量,被认为是无线传感器网络和无线个人域网络的理想实现技术。 本文首先简要介绍了无线传感器网络及其主要特点,接着介绍了无线传感器网络的安全需求,然后分析了IEEE 802.15.4协议存在的安全缺陷,提出了增强安全性的IEEE 802.15.4协议—SE-IEEE 802.15.4(Security-Enhanced IEEE802.15.4),其中使用基于椭圆曲线(ECC)的数字签名方案(ECDSA)来实现IEEE802.15.4协议的数字签名。相对于已有的协议,SE-IEEE 802.15.4协议的安全性能更强,采用的密码算法的密钥长度较短。然后扩展NS2仿真平台对其进行仿真,并进行了网络性能和安全性能的分析。最后本文使用HLPSL语言描述SE-IEEE 802.15.4协议,然后用AVISPA分析工具进行形式化验证,结果表明SE-IEEE 802.15.4协议是安全的。 本文就以下几个方面进行了创新性的研究工作: 1、通过分析比较各种加密算法,选择椭圆曲线密码算法(ECC),将其计算速度快,密钥小,带宽需求小的优点应用于SE-IEEE 802.15.4协议。 2、分析IEEE 802.15.4协议的安全缺陷,采用基于椭圆曲线密码算法(ECC)的数字签名方案(ECDSA)进行数字签名,提出增强安全性的SE-IEEE 802.15.4协议,新协议增加了数据完整性、来源真实性、抗否认和防重放攻击等安全服务。 3、对NS2仿真平台进行扩展,在其协议族中加入SE-IEEE 802.15.4协议,然后使用扩展后的NS2仿真平台,对SE-IEEE 802.15.4协议进行了仿真。 4、用HLPSL语言描述SE-IEEE 802.15.4协议,在AVISPA分析工具下进行形式化验证,验证SE-IEEE 802.15.4协议的安全性能。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP212.9;TN929.5

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【引证文献】
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