无线传感器网络一种改进的随机密钥预分配方案.pdf

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1、第23卷第10期传感技术学报Vo1．23No．102010年10月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSOct．2010ImprovedRandomKeyPre-DistributionSchemeforWirelessSensorNetworksWANGQiuhua，CHENHuifang，XIELei，WANGKuang，1．DepartmentofInformationScience＆ElectronicEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，

2、ChinaI、＼2．DepartmentofCommunicationEngineering，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，China，Abstract：Inordertoresolvetheproblemoflowconnectivityinthebasicrandomkeypre—distributionschemes，weproposeanimprovedkeymanagementschemeforWirelessSensorNetworks(WSNs)．Byperformin

3、ga‘neighbor—ing’nodeexpansionprotocol，secureisolatednodesfindthesharingkey(S)withsensornodeslocatedattheoutsideofone—hopSOthattheyestablishasecurepathtoguaranteethenetworkconnectivity．Analysisandsimulationre-sultsshowthatourproposedschemehashigherglobalconnectivity，hig

4、hersecurityperformanceandlargertotalUS—ableenergycomparedwiththeoriginalscheme．Andtheperformanceimprovementofproposedschemeisinthepriceoflimitedadditionalnegotiationoverhead．Keywords：wirelesssensornetworks(WSNs)；Keymanagement；Keypre—distribution；connectivity；‘neighbor-

5、ing’nodeexpansionprotocolEEACC：6150Pdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2010．10．026无线传感器网络一种改进的随机密钥预分配方案木王秋华，陈惠芳，谢磊，王匡／1．浙江大学信息与电子工程学系，杭州310027；、＼2．杭州电子科技大学通信工程学院，杭州310018／摘要：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

6、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。关键词：无线传感器网络；密钥管理；密钥预分配；连通率；“邻居”节点扩张协议中图分类号：TP393．08文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)10—1494—07无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，的物理安全无法保证等，使传统的密钥管理技术不WSNs)以其近距离、低复杂度、低功耗、低成

7、本等特再适用于WSNs¨。因此设计安全、高效的密钥管点广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监理方案是提高WSNs安全的关键环节，也是目前控等领域。由于无线网络的通信特性，且传感器节WSNs安全问题研究的热点。点大多被部署在无人区或敌方区域，WSNs很容易在WSNs中，目前已提出的密钥管理方案主要受到侦听和物理捕获攻击，因此安全保证成为是基于预分配密钥管理机制的，即在WSNs部署前，WSNs的一个重要的问题，受到越来越多的关注。在传感器节点内存中预先写入一定数量的密钥信加密技术可以解决信息的机密性、完整性、入侵监测息，则当WSN

8、s部署后，通信双方可以利用这些预分及访问控制等安全问题，而密钥管理是加密技术的配的密钥信息通过一定的协商机制得到会话密钥。基础。由于WSNs自身的特点，如受限的计算、通近年来，不少学者在WSNs的密钥预分配方面做了信、存储能力，缺乏节