收藏本站
《电子科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

分布式无线传感器网络密钥管理研究

代航阳  
【摘要】: 随着无线通信技术、计算机技术与微系统技术的发展,分布式无线传感器网络在军事国防、环境监测、生物医疗以及商业应用等领域具有广阔的应用前景,是当前计算机网络领域一个极为重要的创新课题。但是,由于自身的特点和所处的环境,分布式无线传感器网络容易受到攻击,节点信息易于被捕获和泄漏。因此,分布式无线传感器网络安全已经成为系统设计的一个重要问题。 在分布式无线传感器网络安全机制中,密钥管理起着基础性的作用。由于分布式无线传感器网络具有规模大、节点资源非常有限、分布式等特点,传统无线网络的密钥管理机制已经不适合它。近年来,国内外学者在该领域的工作取得了许多成果,提出了两种类型的分布式无线传感器网络密钥管理方法:随机性算法和确定性算法。虽然研究者们在算法实现和性能表现上取得了很大的进步,但是它们在网络连通率、安全耐受性和存储消耗等性能方面缺乏均衡性。 因此,本文在对分布式无线传感器网络密钥管理的研究成果系统学习和总结基础上,从随机性和确定性两种方法入手,对分布式无线传感器网络的密钥预分配和建立进行了详细的分析和研究。主要的研究内容包括: 1.分布式无线传感器网络的随机性密钥预分配研究 针对基于部署策略的随机性密钥预分配方案存在连通性和安全性之间的不均衡问题,本文提出一种基于有限域多项式池的随机性密钥预分配方案(Polynomial Pool-based Key Management,PPKM)。该方案首先把部署区域和传感器节点分别划为若干矩形区域和节点组,每个节点组部署在一个矩形区域内;然后部署服务器产生一个主多项式池,并从该主多项式池随机抽取多项式组成若干子多项式池,每个节点组对应一个子多项式池;最后在密钥建立阶段,每个节点从本组子多项式池中选取多项式组成多项式环,节点间的连通率由子多项式池的重叠因子决定。研究表明,该方案解决了其它相关算法仅在单一性能上表现较好的问题,在保持网络高连通概率的情况下,大大提高了网络抗捕获攻击的能力。同时,该算法特别适用于大规模分布式无线传感器网络的应用。 2.分布式无线传感器网络的随机性密钥建立研究 为了进一步研究部署策略中网格形状对网络连通性和安全性的影响,本文提出了基于三角形网格的随机性密钥建立方案Triangle-based。该方案根据部署策略构建了等边三角形网格模型,并为每个三角形网格预分配一个多项式,每个网格存在与周围十三个邻近网格的多项式共享。在密钥建立阶段,任意两个节点通过寻找多项式共享来建立共享密钥。同基于正方形网格的方案相比,Triangle-based方案随着密钥建立所需跳跃阶数增大,网络连通率的提高更为明显。此外,通过调整节点部署密度、三角形大小和多项式阶数的高低,网络通信泄漏的概率会极大的降低,达到进一步增强网络安全耐受性的要求。 3.分布式无线传感器网络的确定性密钥预分配研究 基于密钥池的确定性密钥预分配算法虽然在网络连通性能上表现出较好的特性,但安全耐受性能较差。为此,本文考虑引入具有t安全特性的Blom矩阵来实现密钥的预分配,给出了一种基于Blom矩阵的确定性密钥预分配方案(Blom-based Hexagonal Key Management, BHKM)。本文把整个节点部署区域划分为若干个互不重叠的六边形网格,并在每对邻近的网格间建立一个由Blom矩阵生成的秘密矩阵。任意两个节点通过相同的秘密矩阵信息来建立共享密钥。分析结果显示:同其它密钥预分配方案只在单一性能上表现较好的特征相比,本方案在网络安全连通率、节点抗捕获攻击能力和存储消耗之间具备一个良好的平衡点。 4.分布式无线传感器网络的确定性密钥建立研究 在已有的基于多项式池的确定性密钥建立方案中,多项式池的有效分配和共享密钥的建立始终是个难点。本文研究了基于LU矩阵分解方法的确定性密钥建立方案(LU decomposition-based Key Management, LUKM)。该方案利用对称多项式矩阵的LU分解特性,保证任意一对节点间都有共享多项式,同时实现了节点到节点的多重认证。相比同样利用LU矩阵分解的密钥建立方案,一方面,LUKM方案采用多项式池代替密钥池的方法建立共享密钥,提高了节点抗捕获攻击的能力;另一方面,一种有效的存储机制减小了LU矩阵中零元素造成的存储浪费,同时体现了分布式无线传感器网络密钥管理方案设计中高能效的要求。另外,该方案也解决了不规则网络中多项式的分配效率问题。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.9;TN918.82

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 潘强;智能无线传感器网络安全策略研究与实现[D];沈阳师范大学;2011年
2 张少君;无线传感器网络的密钥管理技术研究[D];电子科技大学;2011年
3 黄伟达;无线传感网络中密钥管理算法的研究[D];暨南大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋光明,葛运建;智能传感器网络研究与发展[J];传感技术学报;2003年02期
2 姚宣霞;郑雪峰;武涛;;一种基于蜂窝模型的无线传感器网络密钥分配方案[J];传感技术学报;2008年11期
3 代航阳;徐红兵;;基于六边形网格部署模型的传感器网络密钥管理[J];电子测量与仪器学报;2008年05期
4 杨庚;王江涛;程宏兵;容淳铭;;基于身份加密的无线传感器网络密钥分配方法[J];电子学报;2007年01期
5 史永彬,叶湘滨,刘培亮;无线传感器网络技术研究现状[J];国外电子测量技术;2005年11期
6 王海涛,郑少仁;Ad hoc传感网络的体系结构及其相关问题[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2003年01期
7 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期
8 郎为民;杨宗凯;吴世忠;谭运猛;;无线传感器网络安全研究[J];计算机科学;2005年05期
9 刘志宏;马建峰;黄启萍;;基于区域的无线传感器网络密钥管理[J];计算机学报;2006年09期
10 陈菲,宋志高,陈克非;无线传感器网络中对密钥管理评估指标研究[J];计算机仿真;2005年05期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 马建庆;无线传感器网络安全的关键技术研究[D];复旦大学;2007年
2 滑楠;无线传感器网络相关理论与应用研究[D];西北工业大学;2007年
3 李平;传感器网络中对偶密钥建立算法研究[D];湖南大学;2007年
4 李晖;无线传感器网络安全技术研究[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王明辉;无线传感器网络密钥管理方案的研究[D];浙江大学;2006年
2 袁素春;无线传感器网络中密钥管理的研究[D];西安电子科技大学;2006年
3 王睿;无线传感器网络的密钥分配策略研究[D];山东大学;2006年
4 崔艳玲;无线传感器网络中有效密钥管理协议的研究[D];湖南大学;2007年
5 严军;无线传感器网络密钥管理方案的研究[D];电子科技大学;2007年
6 潘康;无线传感器网络密钥管理机制研究[D];南京航空航天大学;2006年
7 胡邓华;无线传感器网络密钥管理技术研究[D];西安电子科技大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何文德;杨凤年;刘光灿;;无线传感器网络在文物保护中的应用[J];安防科技;2007年07期
2 黄布毅;何超前;李冬富;石军;;基于无线传感器网络的家庭安防报警系统设计[J];安防科技;2008年03期
3 刘海波;邹涛;翁哲;;无线传感器网络在执勤枪械定位中的应用[J];安防科技;2009年09期
4 张开风;胡艳军;许耀华;姜新红;仇乐乐;王福俊;高韦;丁胜建;;WSN与GPRS结合的远程图像等数据采集系统设计[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年04期
5 林丽萍;;无线传感器网络节点的研究与应用[J];安徽职业技术学院学报;2010年04期
6 叶青;周鸣争;;基于“基站”通信原理的无线传感器网络认证技术[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期
7 余华;孙艳红;车银超;郭玉峰;;无线传感器网络在现代农业中的应用[J];安徽农业科学;2010年04期
8 岳青;张海辉;卢博友;;基于WSN的温室环境监测节点设计[J];安徽农业科学;2010年30期
9 余华;吕宁波;;基于无线传感器网络的农田信息管理系统的研究[J];安徽农业科学;2010年32期
10 冯立波;黄婷;罗桂兰;;基于WSN的森林火灾预警系统设计[J];安徽农业科学;2010年36期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周大杰;朱玉霞;杜红;刘锐;;物联网技术在环境监管能力建设中的应用研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2011年
2 张维勇;张芬;马学森;;基于IEEE802.15.4的一种分簇算法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 石为人;张阳;邓鹏程;;传感器网络局部时间同步协议研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 刘增力;李雯霏;龙华;朵琳;;能量相关DSR协议OPNET仿真及性能分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 ;Energy-Efficient Optimal Scheme Based on Mixed Routing in Wireless Sensor Networks[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 罗旭;柴利;杨君;;无线传感器网络TTSL迭代定位算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 任玲;唐昊;周雷;魏振春;;一种能量高效的无线传感器网络自适应传输方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 何坚;方康玲;李晓卉;韩维;;基于无线传感器网络的涉密载体智能监管系统研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 陈传友;张在琛;;基于ADF7020-1的无线收发模块的设计与实现[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
10 丁飞;马小铁;;LEACH协议在群体生理参数采集中的实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 孙玉婷;基于柱形换能器的水下传感器网络组网协议研究[D];中国海洋大学;2009年
4 罗汉江;海洋监测传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
6 周鹏;水下传感器网络海上试验平台的研究与设计[D];中国海洋大学;2010年
7 张书奎;无线传感器网络中信息分发的可靠性研究[D];苏州大学;2010年
8 刘昕;基于无线传感器网络的目标跟踪系统中的算法研究[D];华中科技大学;2010年
9 窦亚玲;基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究[D];华中科技大学;2010年
10 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 谌业滨;无线传感器网络自身健康状态融合机制研究[D];南昌航空大学;2010年
3 高丽丽;大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D];山东科技大学;2010年
4 纪江涛;基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年
6 骆科学;基于ZigBee的无线传感器网络节点在矿井机车运输监控系统中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
7 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年
8 闭启礼;水文传感器网络部署优化研究[D];郑州大学;2010年
9 张永琦;无线传感器网络中基于网关的分级簇算法研究[D];郑州大学;2010年
10 张磊;基于无线传感器网络的实验管理系统的设计与实现[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋光明,葛运建;智能传感器网络研究与发展[J];传感技术学报;2003年02期
2 彭清泉;裴庆祺;马建峰;庞辽军;;无线传感器网络中自治愈的群组密钥管理方案[J];电子学报;2010年01期
3 柳絮;李金宝;纪守领;郭龙江;惠丽;;传感器网络簇头选举与调度策略研究[J];电子学报;2010年08期
4 孔繁瑞;李春文;丁青青;崔光照;崔昺祎;;一种基于EBS的无线传感器网络动态密钥管理方法[J];电子与信息学报;2009年05期
5 金舒;刘凤玉;;基于模糊概率赋值的新型贝叶斯异常检测模型[J];中国工程科学;2007年06期
6 史永彬,叶湘滨,刘培亮;无线传感器网络技术研究现状[J];国外电子测量技术;2005年11期
7 周一南;周运森;;无线传感器网络WSN在工业生产实时监控中的应用[J];工业控制计算机;2008年08期
8 闫朝升;张承江;马英;;传感器网络研究综述[J];信息技术;2006年03期
9 陈娟;张宏莉;;无线传感器网络安全研究综述[J];哈尔滨工业大学学报;2011年07期
10 杨宏武;;无线传感器网络的军事应用研究[J];舰船电子工程;2007年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郑明辉;可证安全的组密钥协商协议研究[D];华中科技大学;2008年
2 袁珽;无线传感器网络中密钥管理和虚假数据过滤机制的研究[D];复旦大学;2009年
3 刘志宏;无线传感器网络密钥管理[D];西安电子科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 钟进;无线传感器网络分组密钥管理技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 贾飞;基于无线传感器网络技术的智能家居系统的设计与实现[D];太原理工大学;2008年
3 邢利;无线传感器网络入侵检测方法的研究[D];北京工业大学;2009年
4 陈龙;基于LEACH协议的无线传感器网络攻击检测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 于海霞;无线传感器网络密钥管理方案研究[D];燕山大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王海涛;移动Ad hoc网络的分簇算法及性能比较[J];北京邮电大学学报;2004年01期
2 宋光明,葛运建;智能传感器网络研究与发展[J];传感技术学报;2003年02期
3 覃伯平;周贤伟;杨军;;无线传感器网络中密钥管理方案的综合评估[J];传感技术学报;2006年03期
4 滑楠;史浩山;;DSCO:一种无线传感器网络分布式简单簇组织算法[J];传感技术学报;2007年06期
5 王国军;吕婷婷;过敏意;;无线传感器网络中基于临时初始密钥的密钥管理协议[J];传感技术学报;2007年07期
6 周贤伟,郑如鹏,覃伯平;无线传感器网络的差错控制技术研究[J];传感器技术;2005年11期
7 肖健,吕爱琴,陈吉忠,朱明华;无线传感器网络技术中的关键性问题[J];传感器世界;2004年07期
8 赵志峰,郑少仁;Ad hoc网络体系结构研究[J];电信科学;2001年01期
9 肖永康,山秀明,任勇;无线Ad hoc网络及其研究难点[J];电信科学;2002年06期
10 易平,蒋嶷川,张世永,钟亦平;移动ad hoc网络安全综述[J];电子学报;2005年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 汤燕;传感器网络密钥预分配方案的组合论研究[D];湖南师范大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王袁希儿;武传坤;;一种基于单向函数的适用于传感器网络的密钥预分配方案[J];计算机应用研究;2008年07期
2 刘海英;熊俊俏;戴璐萍;郑宽磊;;基于哈希密钥链的无线传感器网络密钥预分配方案[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2009年04期
3 冉强;黄敬雄;徐延勇;;无线传感器网络动态对密钥管理方案研究[J];计算机安全;2009年05期
4 宋和平;胡成全;樊东霞;何丽莉;曹英晖;;基于簇的无线传感器网络密钥管理方案[J];吉林大学学报(信息科学版);2011年03期
5 杨洲;景博;;一种分层的无线传感器网络密钥管理方案[J];计算机应用研究;2009年11期
6 魏红彬;张俨娜;;一种改进的无线传感器网络密钥管理算法[J];河南农业大学学报;2010年04期
7 郭英慧;刘云;程子栋;;基于移动节点的改进扩充口令协议[J];科技创新导报;2010年29期
8 姜萌;陈登;胡同森;;基于多密钥空间的W SN随机密钥预分配协议[J];杭州电子科技大学学报;2011年02期
9 郑燕飞;李晖;陈克非;;无线传感器网络的安全性研究进展[J];信息与控制;2006年02期
10 李琳;王汝传;姜波;黄海平;;无线传感器网络层簇式密钥管理方案的研究[J];电子与信息学报;2006年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭旭斌;叶长城;王忆文;李辉;;基于无线传感器网络的室内定位系统[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
2 徐久强;卢锁;赵海;崔行兵;刘大鹏;;基于蚁群算法的无线传感器网络路由算法的研究[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
3 骆吉安;柴利;;无线传感器网络的滚动时域状态估计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 曹芳菲;何文麟;陈红;;无线传感器网络中基于预测的Top-k监测(英文)[A];第二十五届中国数据库学术会议论文集(一)[C];2008年
5 龙昭华;李景中;蒋贵全;张林;;基于无线传感器网络的普适计算研究[A];第六届和谐人机环境联合学术会议(HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议(NCMT2010)、第6届全国人机交互学术会议(CHCI2010)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2010)论文集[C];2010年
6 任玲;唐昊;周雷;魏振春;;一种能量高效的无线传感器网络自适应传输方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 刘阳;杨晓春;王斌;于戈;李斌阳;;无线传感器网络中一种基于历史数据分组的感知查询技术[A];第二十四届中国数据库学术会议论文集(研究报告篇)[C];2007年
8 马礼;唐长茂;;一种基于分簇的无线传感器网络数据存储管理系统[A];2010年第16届全国信息存储技术大会(IST2010)论文集[C];2010年
9 梁(韦华);于海斌;;无线传感器网络物理层协议的研究现状[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
10 袁蕊;;基于矿井节能的无线传感器网络MAC协议的研究[A];煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 美国专利律师 谭文晔 薛之扬;无线传感器网络技术专利分析[N];科技日报;2010年
2 本报记者 赵建国;无线传感器网络改变未来世界[N];中国知识产权报;2011年
3 温雅路;利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力[N];人民邮电;2008年
4 赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤;国内外物联网技术研究进展[N];通信产业报;2009年
5 本报记者 姚传富;科学准确地认识物联网[N];人民邮电;2009年
6 沈建苗 编译;理智部署无线传感网[N];计算机世界;2010年
7 卞 辑;无线传感器网络观测平台投入应用[N];中国气象报;2011年
8 ;无线传感器网络供电获新援[N];计算机世界;2004年
9 罗清岳;让无线传感器网络走入生活[N];电子资讯时报;2007年
10 记者 陆成钢 通讯员 尚晓天;以无线传感器网络打造智能化城市[N];嘉兴日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 代航阳;分布式无线传感器网络密钥管理研究[D];电子科技大学;2010年
2 姜宇;基于无线传感器网络的远程抄表关键技术研究[D];吉林大学;2011年
3 毕嘉娜;无线传感器网络能量有效安全路由协议研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 雷凤宇;无线传感器网络密钥管理研究[D];华中科技大学;2010年
5 赵宝康;无线传感器网络隐私保护关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
6 朱政坚;无线传感器网络安全关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 周彦;无线传感器网络中基于量化信息的目标状态估计与融合[D];上海交通大学;2010年
8 谷雨;无线传感器网络中目标覆盖的研究[D];中国科学技术大学;2010年
9 马永波;无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究[D];吉林大学;2010年
10 罗丹彦;无线传感器网络能量高效组建关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡佳;分簇无线传感器网络中动态密钥管理方案的研究[D];东华大学;2011年
2 杨顺;无线传感器网络密钥管理方案研究[D];湖南大学;2010年
3 于海霞;无线传感器网络密钥管理方案研究[D];燕山大学;2010年
4 吕远方;无线传感器网络密钥管理机制研究[D];湖南大学;2010年
5 马宝英;无线传感器网络密钥管理方案的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 孔贝贝;无线传感器网络的密钥管理与安全路由技术研究[D];西南交通大学;2010年
7 沈金波;无线传感器网络密钥管理方案研究[D];福建师范大学;2010年
8 赵平;无线传感器网络的密钥管理与安全路由技术的研究与分析[D];南京邮电大学;2012年
9 闫培玲;基于簇结构的WSN混合密钥管理方案的研究[D];河南大学;2010年
10 曾文谦;基于区域的无线传感器网络密钥管理方案研究[D];西北大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026