无线传感器网络的密钥管理方案

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1、无线传感器网络的密钥管理方案：无线传感器X络常用于军事目标追踪、环境监测、病人病情跟踪等方面，,当其部署在一个敌对的环境中，会受到不同类型的恶意攻击，保障其安全性显得极为重要。传感器节点的资源严格受限，传统X络安全机制不适用于无线传感器X络。保障无线传感器X络安全的常用方法是对传输数据进行加密，文章介绍并分析适用于该类型X络的典型密钥管理方案。　　关键词：无线传感器X络；密钥管理；安全　　：TP393：A：1009-3044(2011)10-2261-03　　KeyManagementSchemeforicroElectro-MechanicalSystem，简称MEM

2、S）技术的进步，极大地推动了集信息采集、数据处理、无线传输等功能于一体的无线传感器X络（edEfficientStreamingLoss-tolerantAuthenticationprotocol)组成。　　SNEP是一个低通信开销的简单高效的安全通信协议，实现了数据认证、数据机密性、完整性、新鲜性保证等功能。它只描述了协议的工作过程，并未规定实际采用的算法，具体算法在实现时可根据需要选择。SNEP采用预共享主密钥的安全引导模型，让每个节点都和基站之间共享一对主密钥，其他密钥从该主密钥派生出来。新鲜性的认证是通信双方共享一个计数器来实现，数据完整性认证通过使用消息认证

3、码来提供。　　μTESLA协议是一个高效的广播认证协议，用于实现点到多点的广播认证，其核心思想是推迟公布广播包的加密密钥。基站先广播一个经过密钥Kmac加密的数据包，一段时间后再公布Kmac，这就保证了Kmac公布之前，无人能够得到密钥的任何信息，也无法在广播包得到认证之前伪造正确的广播包。该协议要求基站和节点之间拥有松散的时间同步，即接收者应该知道基站公布密钥的时刻表。μTESLA协议由基站安全初始化、节点加入安全体系和完成数据包的广播认证三个过程组成。　　SPINS使用预共享密钥的方式来建立安全连接。其主要通过两种方式建立安全连接：节点之间共享和每个节点与基站之间共

4、享。使用每个节点之间共享一个主密钥，可以在任何一对节点之间建立安全通信，但其抗俘获能力、扩展性都很低，适用于小型X络。在每个节点和基站之间共享一个主密钥，需要节点的存储空间大大降低，但计算和通信都集中在基站，容易成为X络的瓶颈。　　2.2随机密钥预分配方案　　目前最常用的随机密钥管理方式是在X络节点布置到目标区域之前，给每个节点预置一部分信息，节点之间采用这些预置信息协商共享密钥。　　E-G方案[4]是由Eschenauer和Gligor提出的一种基于概率论和随机图论的密钥预分配方案。其基本思想是：有一个大的密钥池，所有节点都从中随机选取若干密钥构成密钥链，只有密钥链间

5、拥有一对相同密钥的相邻节点才能建立安全通道。该方案包括三个阶段：密钥预分配、共享密钥的发现和路径密钥的建立。　　1)密钥预分配。由密钥生成者生成一个大的密钥池S，密钥池中的每二个密钥都有一个惟一可以识别它的身份ID。在散布节点之前，从密钥池S中随机选出m个密钥分发给每个节点。　　2)共享密钥的发现。节点被布置到目标区域以后，广播自己的身份ID以及所存储的密钥的ID。节点通过共享密钥发现阶段来发现可以建立起安全通信的节点。　　3)路径密钥的建立。经过第2步建立起通信的无线传感器节点已经形成了一个安全连通X络，任意两个节点之间都可以找到一条安全连通路径到达对方，不存在共享密

6、钥的节点间可以通过安全路径上的中间节点协商安全通信密钥。　　Q-posite方案[4]是E-G方案的一种增强方案。在E-G方案中，任意两个邻居节点之间只需要有一个共享密钥，这样虽然减少了节点的开销，但是节点抵御外部攻击的能力却大大减弱。为了增加节点的抗攻击能力，Chan等人对E-G方案进行扩展，提出Q-posite随机密钥预分布方案。　　Q-posite方案要求两个节点之间至少拥有q个公共密钥才能直接协商建立共享密钥。q值越大X络的抵抗力越强，攻击难度与q呈指数关系。该方案使用两个节点的所有公共密钥的哈希值作为共享密钥。假设两个邻居节点有t个公共密钥(t>q)，则共享密

7、钥Kshare=Hash(K1

8、

9、K2

10、

11、…

12、

13、Kt)，其中Hash代表某个公开的散列函数。　　2.3层次型LEAP密钥管理方案　　2003年，SencunZhu等人提出的LEAP[5](Localizedencryptionandauthenticationprotocol)是一个适用于层次X络的密钥管理协议，为了确保X络的安全总共需要四种类型密钥：每个传感器节点与基站共享的个体密钥(IndividualKey)，与某一跳邻居节点共享的对密钥(PairAC值，例如在发现异常情况后向基站发送的警告消息。同样地，基站也可以使用该密钥来给X络