sink移动无线传感网中高安全性密钥预分配方案

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1、第31卷第3期广西师范大学学报：自然科学版Vo1．31No．32013年9月JournalofGuangxiNormalUniversity：NaturalScienceEditionSept．2013Sink移动无线传感网中高安全性密钥预分配方案陈燕，吴文康，梁俊斌(广西大学计算机与电子信息学院，广西南宁530004)摘要：在Sink移动的无线传感器网络中，移动Sink节点与传感器节点利用彼此间的共享密钥进行安全通信。当网络节点遭到俘获攻击时被俘获节点存储的密钥信息会被敌方获取，那么给节点分配较多的密钥会降低网络抗毁性，而给节点分配较少的密钥又

2、会降低移动Sink节点和传感器节点之间的连通性。针对这一问题，借鉴算法PGPS的设计思想，提出一种新的密钥预分配方案N—PGPS。该方案通过引入一个对称多项式p，Y)来产生有干扰的密钥信息，保证多项式中的系数不会被敌方获取，从而有效地增强了网络的抗毁性。此外，通过调整N—PGPS算法中的参数t和，能有效提高网络的连通性。分析结果表明，与已有的密钥预分配方案相比，NPGPS方案使网络具备较强的抗毁性和较好的连通性。关键词：多项式；密钥预分配；网络抗毁性；网络连通性中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1001—6600(2013)03—01

3、64—050引言随着传感器技术、嵌入式计算技术、低功耗无线通讯技术的飞速发展，融感知、无线通讯、信息处理于一体的微型无线传感器开始出现[1]。无线传感器网络由大量能量少、计算能力差和存储空间小的传感器节点组成，其应用范围较广，经常被应用于军事和健康监控等领域。密钥预分配方案对于无线传感器网络的安全而言，是一个非常重要问题。根据节点间密钥建立机制的不同，已有的密钥预分配方案主要分为基于密钥池的密钥预分配方案[z-6]和基于多项式的密钥预分配方案[7。。。在基于密钥池的密钥预分配方案中，EG方案]、q-composite方案[3]、PGS(proba

4、bilisticgenerationkeypredistributionscheme)方案_4]、mGKE方案L5]和sBIBD方案[6都是利用节点间的相同密钥来建立通信密钥，在节点存储一定数量密钥的情况下能够保证网络的连通，但会增大节点的计算开销和通信开销，并且网络抗毁性不高。在基于多项式的密钥预分配方案中，Blundo方案]、PPS(polynomialpool—basedkeypredistributionscheme)方案[8]、EPKES方案[9]和PGPS方案[103都是利用节点间相同的多项式来计算通信密钥，这些方案支持节点间的通信认

5、证，能够降低网络通信开销和能量消耗，但使得网络存在“t—se—cure”问题。虽然增大参数t的大小可以提高网络的抗毁性，但这种方式会增大节点的存储量和计算开销。因此，这些密钥预分配方案在节点性能受限的情况下，不能有效地为网络提供较好的连通性和抗毁性。本文以Sink移动的无线传感器网络为背景，通过分析算法PGPS在网络抗毁性方面的“f—secure”问题和网络连通性方面的不足，提出一种新的密钥预分配方案N—PGPS。本方案是在多项式f(x，)的基础上引入一个对称多项式(z，Y)，从而产生一个新的多项式F(X，y)一厂(z，)+(z，Y)。新的对称多

6、项式可以产生有干扰的密钥信息来解决“t—secure”问题。此外，在解除了条件限制之后，本方案通过调整PG—PS算法中参数t和的大小提高网络的连通性。仿真实验表明，与目前已有的算法相比，本文提出的算法使得网络具备较强的抗毁性和较好的连通性。收稿日期：2013—05—03．基金项目：国家自然科学基金资助项目(61103245)；广西自然科学基金资助项目(2012GXNSFBA053163)通信联系人：陈燕(1975一)，女，广西北流人，广西大学教授。E—mail：gxcy@foxmail．com第3期陈燕等：Sink移动无线传感网中高安全性密钥预分

7、配方案1二元t次多项式函数Blundo最早提出了一种基于二元t次多项式函数的密钥预分配方案，该方案在基于有限域GF(口)上，利用配置服务器随机生成一个二元t次对称多项式函数，其表达式如下：、’，(z，)一aijx～Y，Clij-m-aji。(1)，0≤f，t其中，q是一个足够大的质数，配置服务器从有限域GF(q)中为多项式f(x，)随机挑选系数a。因为aij一所以配置服务器从有限域中总共挑选±个系数，。厶在节点部署之前，配置服务器为每个节点计算一个一元t次多项式函数，并将结果分配到每个节点的存储空间。例如，对于节点i，其存储空间存储着一元t次多项

8、式函数f(i，)的+1个系数。对于任意2个处于通信范围内的节点，它们可以通过交换彼此的身份ID来计算通信密钥。例如，对于节点i和节点，节