无线传感器网络中基于超立方体的对密钥建立方案研究

无线传感器网络通常应用于敏感环境下,安全问题成为传感器网络的主要挑战之一。由于传感器网络节点的资源受限等特点,当传感器网络节点被捕获时,传感器网络能否保持较高的连通性和抗毁性成为传感器网络安全问题中的巨大挑战。为了解决此问题,文章提出了一种无线传感器网络中基于超立方体的对密钥建立方案。利用超立方体对传感器节点进行编码,密钥分发中心根据节点编码选择要分发给节点的双变量多项式,并利用节点编码计算出多项式份额发送给传感器节点。性能分析表明,当节点之间没有对密钥时,利用文章方案中的路径密钥方式建立的对密钥连通性好,网络具有较强的抗毁性,极大节省了传感器节点的能量。

基于六边形网格组部署的对称密钥预分配模型

针对无线传感器网络的加密体制进行了研究;首先,提出了一种基于六边形网格组的传感器网络节点的部署策略,以获得传感器节点的最佳分布;其次,将密钥空间定义为采用Blundo模型生成的一个t次二元多项式f(x,y)的全部密钥的集合;然后通过密钥预分配阶段将密钥材料分配给每个节点,通过直接密钥建立阶段使得每个传感器节点找到与其相邻节点的共享密钥空间;如果两个相邻节点之间没有共享密钥空间,则通过间接密钥建立阶段使得一个或多个中间节点建立起一个路径密钥,从而完成共享密钥空间的建立;仿真实验结果表明,提出的对称密钥预分配模型不仅具有良好的加密性能,而且相比于其他模型的密钥方案有更好的内存开销、运行时间和节点受损攻击时的网络恢复能力。

一种新的基于辛空间的密钥预分配方案

密钥预分配是无线传感器网络中最具挑战的安全问题之一。该文基于有限域上辛空间中子空间之间的正交关系构造了一个新的组合设计,并基于该设计构造了一个密钥预分配方案。令V是有限域上8维辛空间中的一个(4,2)型子空间,V中每一个(1,0)型子空间看作密钥预分配方案中的一个节点,所有的(2,1)型子空间看作该方案的一个密钥池。将整个目标区域划分为若干个大小相同的小区,每个小区有普通节点和簇头两种类型的传感器节点。小区内的普通节点采用基于辛空间的密钥预分配方案分发密钥,不同小区内节点所用密钥池互不相同,因此不同小区内的节点需通过簇头建立间接通信,不同小区内簇头采用完全密钥预分配方式分发密钥。与其他方案相比,该方案的最大优势是网络中节点的抗捕获能力较强,且随着网络规模的不断扩大,网络的连通概率逐渐趋于1。

基于双哈希函数的WSN密钥预分配方案

无线传感器网络经常部署在无人值守和易受攻击的环境中,几乎没有维护条件,这使得攻击者可以进行拆卸和窃取等物理攻击,从而破坏节点和整个网络的安全性。针对现有的无线传感器网络密钥预分配方案存在安全性较低、网络连通率不高等问题,提出一种基于双向哈希函数的密钥预分配方案(key predistribution scheme based on two-way hash,KPSTH),通过构造密钥矩阵和哈希函数的单向性质降低密钥破解概率,对单跳路由范围内无法建立连接的节点通过中间节点密钥协商扩大了邻居范围,提高了本地节点安全连通概率和节点抗俘获能力,并进行了理论分析和实验仿真。结果表明,所提出的方案具有较高网络抗毁性的同时拥有更高的全局网络连通率,且能耗方面也有良好表现。

新的传感器网络对偶密钥预分配方案

提出了一种新的基于超立方体和多项式的对偶密钥预分配方案,此方案以超立方体的维度和传感器节点编码的汉明距离为参数.方案具有如下特性:当任意两个邻居传感器节点间的汉明距离小于预先设定的门限值时,可以直接建立对偶密钥.该方案的创新在于将传感器节点间的汉明距离参数化,解决了以往方案只能在汉明距离为1时才能直接建立对偶密钥的限制,经过安全和性能的分析说明,当汉明距离门限值增大时,方案通过牺牲抗节点俘获能力可以提高直接对偶密钥建立概率,从而节省了对于传感器网络来说十分重要的能量消耗.

无线传感器网络中基于混沌的密钥预分配方案

为了提高无线传感器网络的安全性,降低能耗,延长网络的生命周期,提出了混沌密钥预分配方案。该方案利用混沌的遍历性来增强密钥的抗破译性,利用混沌的初值敏感性来保证加密密钥在通信过程中可安全地动态改变。分析表明该方案能提供较大的密钥空间,而且密钥协商所需的通信和计算的开销均较小,具有较强的实用性。

基于按对平衡设计的异构无线传感器网络密钥预分配方案

利用异构无线传感器网络中普通节点和簇头节点间的差异性,基于中心可分解型按对平衡设计构造了异构的节点密钥环,设计了2种密钥预分配方案DCPBD和VDCPBD。其中,DCPBD利用了中心可分解类型PBD,将普通区组作为普通节点的密钥环,将特殊区组作为簇头节点的密钥环。VDCPBD基于DCPBD进行了扩展,将单一核密钥替换为基于另一密钥池进行SBIBD设计出的簇间密钥环,减小了DCPBD由于单个簇头节点被俘后对整个网络抗毁性的影响。由于在设计时考虑了节点的异构特性,使用确定性方法构造了异构密钥环,使得在保持密钥连通率不变的前提下获得了更低的空间复杂度。仿真实验表明,2个方案都支持大规模网络,且单跳密钥连通率随网络规模增大而趋近于1,2跳连通率恒为1。VDCPBD还具备了更强的抗节点捕获能力和更好的网络可扩展性。

基于对称平衡不完全区组设计的无线传感器网络密钥预分配方案

针对无线传感器网络的密钥预分配问题,利用哈达玛矩阵,设计实现了新的基于组合设计方法的密钥预分配方案——基于对称平衡不完全区组设计的密钥预分配方案sBIBDHadamardKPS系列方案.首先,sBIBDHadamardKPS改进了现有多数方案只能共享单个密钥的问题,并实现了同等节点密钥组长度和共享密钥强度下,比现有支持多密钥共享的随机预分配方案更高的共享概率和更小的密钥路径长度,并且只要求大于2的节点邻居度数;其次,sBIBDHadamardKPS提出了一种实时合成共享密钥的方法,在节点密钥组物理长度不变的前提下,大大扩大了共享密钥选择空间,提高了安全强度;最后,sBIBD-HadamardKPS使用补集设计和密钥分片两种方法进行扩展设计,实现了对较大网络规模的支持,并且在一定程度上优化了能量消耗.

基于簇的无线传感器网络预分配密钥机制

无线传感器网络预分配密钥管理机制的连通性和抗捕获性较差。为此,提出一种基于簇的预分配密钥管理机制。采用分布式管理策略,通过更新原始共享对称多项式的系数,确保被捕获节点无法与安全节点建立共享密钥对,从而隔离被捕获节点。实验结果表明,该机制具有较好的抗捕获性和可扩展性,密钥对实时更新能保证网络具有较高的连通性,在隔离被捕获节点时,基站的通信开销、计算开销和存储开销变化较小。

无线传感器网络一种改进的随机密钥预分配方案

为解决基本的随机密钥预分配方案连通率较低的问题,提出了一种无线传感器网络的密钥管理改进方案。通过执行一个"邻居"节点扩展协议,使安全孤立节点与一跳以外的节点进行共享密钥发现,从而找到至少一条安全路径来保证网络的安全连通。对改进方案和原有方案在全局连通率、安全性和能量消耗等方面性能的分析与仿真结果比较,表明密钥管理的改进方案以有限的额外密钥协商开销为代价,能换来网络全局安全连通率、可用节点总能量和安全性能的提高。

移动ad hoc网络预分配非对称密钥管理方案

为了降低移动ad hoc网络非对称密钥管理中的通信开销,基于组合公钥思想,将ElGamal方案与预分配密钥方式相结合,提出一种基于身份的预分配非对称密钥管理方案(PAKMS)。该方案通过私钥生成中心为节点预分配主密钥子集及基于时间获得节点密钥更新的方式,从方法上降低了移动ad hoc网络非对称密钥管理中的通信开销;私钥生成中心为节点预分配主密钥子集的方式也使节点在网络运行阶段不再依赖私钥生成中心为节点分配和更新密钥。由此,弱化了基于身份密钥管理中存在的私钥托管问题对网络安全的影响。与典型方案对比分析表明,该方案在提供节点密钥更新服务的情况下能够有效降低网络通信开销。此外,对方案的安全性进行了详细证明。

一种改进的无线传感器网络随机密钥预分配算法

在分析现有无线传感器网络随机预分配密钥算法的基础上,通过同时引入q合成技术、多路增强技术与单向密钥序列技术,提出了增强的随机预分配密钥算法H-RKP,并以节点俘获攻击为例对其安全性进行了分析,证明该算法可以进一步提高现有随机预分配密钥算法的安全性．

WSNs中多项式密钥预分配改进方案

针对密钥管理与路由信息脱离的现象,提出一种基于按需路由协议的多项式密钥预分配改进方案。该方案利用网络路由的拓扑信息和基站功能,使基站集中存储重要安全信息并承担大量计算负荷,普通节点仅保存其邻居的多项式份额。该机制能有效防止密钥泄漏,增强网络的安全性,节省节点的能量资源。

基于网格的无线传感器网络预分配密钥机制

无线传感器网络预分配密钥管理机制的连通性和抗捕获性较差。为此,提出一种基于网格的密钥机制。任意相邻节点可直接建立密钥对,在被攻击区域中,密钥空间的捕获不会影响其他区域节点的安全性,攻击区域捕获的节点可以方便地被集体撤销,以实现网络及时更新。实验结果表明,该机制具有良好的连通性和抗捕获性。

一种无状态的传感器网络密钥预分配方案

在无线传感器网络中,节点被敌方捕获以后将泄露节点内存储的群组密钥等秘密信息,所以需要建立一种安全高效的群组密钥管理系统来及时对被捕获节点进行撤销,以保证无线传感器网络中群组通信的安全.提出一种基于逻辑密钥树结构的密钥预分配方案,群组控制者和密钥服务器(GCKS)为逻辑密钥树中每一逻辑节点分配一个密钥集,每一sensor节点对应一个叶节点,以及一条从该叶节点到根节点的路径,GCKS将该路径上所有节点的密钥植入sensor节点.节点撤销时,GCKS将逻辑密钥树分成互不相连的子树,利用子树中sensor节点的共享密钥进行群组密钥的更新.分析表明本方案满足无状态性,以及正确性、群组密钥保密性、前向保密性和后向保密性等安全性质,具有较低的存储、通信和计算开销,适用于无线传感器网络环境.

无线传感器网络密钥预分配蜂窝模型

要达到无线传感器网络的安全通信,必须对网络中节点之间的通讯数据用密钥进行必要的加密。文章使用蜂窝模型分组方案,把节点按照预测的地理位置关系分组,给处于相同组或是相邻组的节点之间分配共享密钥,使节点的分组模式和查询更符合节点广播特征。蜂窝模型密钥预分配机制极大的提高密钥利用率,减少了密钥分配和维护代价,使传感器网络的安全性和连通性极大的提高。

基于对称平衡不完全区组设计的持续安全管理密钥预分配方案

针对持续安全管理密钥预分配方案中网络连通度较低的问题,设计实现了一种新的基于对称平衡不完全区组设计(SBIBD)的持续安全管理密钥预分配方案。该方案每一个网络节点的密钥环对应于SBIBD中的一个区组,保证了在同一个部署阶段任意两个节点存在共享密钥,不同部署阶段的节点通过桥节点进行连接。仿真结果表明,该方案能提高网络的全局连通率和局部连通率,节省了节点之间建立安全通信的开销。

普适计算网络环境中的密钥预分配方案

普适计算使用大量无线传感器节点组成网络,如何保证通信安全是普适计算所面临的重大问题。提出一种普适计算环境中的三层二项式密钥预分配方案,它能够很好地完成两两簇头间密钥对的生成,同时满足对节点极小的能量损耗、极少的通信负载和存贮空间要求。该方案有效地解决了节点获取攻击问题,提高了网络恢复度;同时成功地解决了多项式密钥预分配方案中的"K-security"问题。

多项式密钥预分配协议在传感器网络上的实现

在无线传感器网络中,网络安全通信已逐步得到网络架构人员和研究人员的重视。鉴于无线传感器网络大规模、节点资源非常受限、分布式等特性,该文提出了多项式密钥预分配协议,描述了其具体设计流程及独有的优势,并通过代码设计在TinyOS操作系统上得到了实现。

基于异构性的传感网密钥预分配协议设计与评测

针对现有异构性研究系统性不足,缺乏与现实世界相契合的适用模型等问题,对传感网异构性进行了详细划分,并基于空间理论提出了形式化的异构空间模型,分析了动态异构性的变化趋势。随后,针对动态能量异构提出了一种能量有效的随机密钥预分配协议,并在特定的异构空间模型下对长期连通概率、抗毁性以及协议性能进行了评测。仿真实验结果表明,通过合理利用异构性,所提方案能够在保持一定连通概率、提高抗毁性的基础上,提供较其他同类方案更长的网络寿命。