无线传感器网络安全路由机制研究

中国科学技术大学硕士学位论文无线传感器网络安全路由机制研究姓名：刘庆申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：王培康20080501无线传感器网络安全路由机制研究作者：刘庆学位授予单位：中国科学技术大学相似文献(10条)1.会议论文马春光.尚治国.王慧强无线传感器网络密钥管理问题研究综述2007密钥管理问题是无线传感器网络安全方面的一个基本问题。本文对无线传感器网络的密钥管理问题进行了全面综述。首先,对密钥管理问题进行了描述。然后,结合无线传感器网络的安全目标,叙述了密钥管理方案的评估标准。接着,对近年提出的典型密钥管理方案进行了分类和描述,并进行分析对比,给出了各自的优缺点。最后,总结了无线传感器网络亟待解决的问题和发展方向。2.学位论文刘志付无线传感器网络汇聚节点设计及其网络安全技术研究2009无线传感器网络技术是一门多学科交叉的新技术，是传感器技术，嵌入式系统技术，无线通信技术和分布式计算技术飞速发展的产物，拥有巨大的应用和科研价值。br　　无线传感器网络按节点功能可以分为传感器节点、汇聚节点和管理节点三种。其中汇聚节点是整个网络的枢纽，在传感器网络中具有及其重要的作用。虽然目前围内对无线传感器网络研究发展很快，但是对汇聚节点的研究却比较少。因此提供一种汇聚节点的解决方案，并对其相关技术进行深入研究是很必要的。br　　无线传感器网络的汇聚节点的结构是一个以特定应用为中心的典型嵌入式结构。本文根据对汇聚节点的特点和功能分析，结合嵌入式系统技术，研究和分析了汇聚节点软硬件平台的选择依据和设计原则。最终给出了一种基于ARM9架构和Linux操作系统的无线传感器网络汇聚节点的设计方法，完成了汇聚节点的硬件电路设计、Linux操作系统的移植、驱动开发和应用软件各功能模块的实现，并取得较好的实验效果。br　　汇聚节点一般可以通过Internet网络与管理节点通信，但是Internet提供的开放性网络环境并不能保证汇聚节点通信的安全性。对于无线传感器网络这样的专用网络，传输数据的不安全可能会造成毁灭性的后果。本文针对无线传感器网络的安全问题，借鉴Internet网络安全通信技术，采用OpenSSL实现了无线传感器网络汇聚节点与管理节点的安全通信。3.期刊论文王艳.WangYan入侵检测系统在分簇无线传感器网络中的研究-科技广场2009,(5)在无线传感器网络中,基于分簇的路由协议在节能和数据融合方面有突出表现,但其网络通信的可靠性和安全性在很大程度上依赖簇头,造成了严重的安全隐患.针对这一问题,本文提出了一种新的基于入侵检测的无线传感器网络安全系统体系结构,并具体阐述了基于该体系结构的WSN安全系统运行原理.4.学位论文王江涛无线传感器网络安全路由协议研究2008无线传感器网络是一种能在事先没有构建网络基础设施的环境下，由传感器节点临时组成的一种自组织、自管理的网络。网络中每个节点可随时加入和退出，拓扑结构频繁变化，并且由于每个节点的通信覆盖面小，节点间通信常常要经过其它节点的多跳转发。这些特点使得传感器网络除了具有一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威胁外，无线传感器网络还面临传感节点容易被攻击者物理操纵，并获取和修改存储在传感节点中的所有信息，从而控制部分网络的威胁。因此也使其路由协议面临的攻击会比一般的无线网络更加频繁、种类更为复杂。无线传感器网络是目前国内外学术界的一个研究热点，尽管针对无线传感器网络的路由协议已提出了许多方案，但安全路由方面的研究才刚刚起步。本文通过对现有路由协议的研究，分析现有典型路由协议的安全特性，针对一种综合性能比较好的协议加以改进，并以此为基础进行安全设计。本文主要从以下三个方面进行无线传感器网络安全路由的研究，并取得了较理想的效果，为无线传感器网络的安全应用提供有力保障。(1)针对无线传感器网络路由协议面临的HELLOFlood攻击和Sybil攻击，提出一种基于攻击检测的安全路由协议AD-Routing，该协议采用在协议执行阶段在数据包尾部捎带检测参数信息的方法，通过节点能量和接收信号强度值，综合判断无线传感器网络中的HELLOFlood攻击和Sybil攻击，并通过簇头节点和成员节点的相互监督提高了检测精度。最后在NS-2软件中仿真建立了无线传感器网络真实网络空间的Jakes信道模型，并利用该模型验证了AD-Routing协议的有效性。(2)针对分簇路由协议面临的安全威胁和簇头选举算法能耗较大的问题，提出一种基于能量优化的安全LEACH协议。该协议采用在簇头选举时相互协作获取当前参加选举的节点总数，从而准确计算当前产生簇头节点的阂值，使得每轮产生最优簇头数的概率最大，达到网络能耗最优。根据LEACH协议的特点，通过在簇头选举和数据传输阶段采用在数据包尾部捎带加密信息的方法，实现数据加密，在只增加少量能量开销的情况下数据机密性得到实现。仿真验证新协议的有效性，在能量优化的同时提高了路由安全性，延长了网络生命期。(3)节点的定位信息在无线传感器网络的诸多应用领域中至关重要，因此它也成为了敌人攻击的重要目标。本文针对该安全隐患提出了基于节点位置检测的DirectedDiffusion安全路由协议，它独立于现有的定位技术，利用传感器节点的撒播信息，建立以二维高斯分布为数学模型的节点部署结构，进而实现了以单位团队相邻节点数量为参照的检测机制。最后在NS-2软件中模拟无线传感器网络真实网络空间状况，通过合理地设置阈值，获得了较高的检测率和较低的误报率，保证了无线传感器网络路由的安全。5.期刊论文雷洁.LeiJie无线传感器网络的安全问题-中国新通信2008,(19)网络安全是无线传感器网络应用的前提和基础.考虑到主要的网络威胁,公钥加密和基于公钥的密钥管理对于WSN来说是最为安全也是最有效地安全措施.随后对一些典型算法进行了分析,并指出了无线传感器网络的下一步发展方向.6.学位论文熊鹏无线传感器网络若干关键安全技术的研究2009无线传感器网络由大量具有数据感知、信息处理和无线通信能力的传感节点组成，节点间以无线多跳的无中心方式连接，集合了传感测量、微电机系统(Microelectrical-mechanicalsystem，MEMS)、嵌入式计算以及网络通信等多门学科，是一门新兴综合性的科学技术。无线传感器网络以数据为中心、强调信息的感知和协同处理，提供了一种全新的信息获取和处理方法，在国防军事、安全反恐、环境监测、交通管理、医疗卫生和生产制造等领域具有广阔应用前景，随着无线传感器网络应用的深入发展，尤其是涉及到军事安全应用领域，应用对无线传感器网络安全技术提出了特殊的要求。然而，无线传感器网络节点数量众多，节点的资源和处理能力有限，维护困难且性能难以保证，数据高度冗余，应用环境复杂多样，这些特点从基础理论和工程技术两个层面给网络安全协议设计和信息安全交互及处理带来巨大挑战，相关研究受到越来越多研究者的关注。本文在这样的背景下，结合当前无线传感器网络的实际应用场合，围绕网络安全路由设计和密钥分发管理，对无线传感器网络环境下的若干关键安全技术进行了系统、深入的研究。br　　本文首先介绍了无线传感器网络及其特点，尤其是在安全技术方面的研究情况，并比较了无线传感器网络与Adhoc网络的不同之处。从分析中可以看到，由于无线传感器网络节点的能量有限、计算能力弱等特点，给设计无线传感器网络安全协议、保障网络安全带来极大的挑战。br　　根据无线传感器网络的特点，论文研究了无线传感器网络中的关键基础服务以及网络各层协议的安全性所面临的挑战、解决方法和已有成果，分析了无线传感器网络的特点，给出了网络体系结构、形式化描述和安全研究重点，重点研究了网络安全路由协议、密钥分发和管理、安全数据聚合、网络节点身份认证等关键技术。本文的主要创新点有：br　　(1)对网络安全路由协议的研究。深入而全面的分析了LEACH路由协议，以此为基础，提出了新的SBHLEACH协议。通过对单向链和动态随机密钥的引入，将路由建立初期的四个阶段重新划分，使节点间的认证有了严格的审查。即使是那些拥有超常能力的微电脑攻击者，因为缺乏必要的通信密钥，其攻击难以渗透到网络内部；而来自内部的攻击也将限制在妥协节点本身所属的分簇范围内，并且只在当前轮次中有效。br　　(2)对网络安全数据聚合的研究。提出了一种以“前导码”来代替实际数据聚合的数据聚合方案，此方案中，以类似于构建CDMA码的方式来获得代表实际数据信息的“前导码”，不同的前导码其代表的数据信息也不相同，这样，在节点传送实际的数据前首先传送的是数据的前导码。通过对前导码的识别，节点再发出具体数据的传输要求。因此，前导码能够减少网络中冗余数据的传输，不必要的加/解密过程，从而减少无线传感器网络数据聚合过程中产生的脆弱时段，提高了SBHLEACH协议的安全防护能力，并且节省了通常数据聚合方式下所带来的能量消耗。br　　(3)对无线传感器网络安全基础设施一密钥管理的研究。提出了以单向链和多项式为基础的分簇密钥分发和管理方案。新方案通过两条不同的单向哈希链元素来共同构建节点密钥池，从而降低节点间具有相同通信对密钥(apair-wisekey)碰撞的概率；基于因式分解的困难性，通过引入多项式来分配和撤销节点簇密钥，使网络拥有对抗物理攻击的能力。模拟实验分析结果表明，新方案节省了存储空间和能量耗费，并适用于网络拓扑预先无法预测的特殊情况。提高了网络的抗毁性和安全性。br　　(4)对无线传感器网络节点身份认证技术的研究。具体而深入的分析了非对称密钥的能耗特点和其在无线传感器网络中应用的可能性，提出了一种基于公开密钥算法的网络妄全邻居建立机制。该机制以单向哈希链元素为认证标识，以公开密钥算法为广播手段来建立网络中相邻节点间的一种信任关系。一旦信任建立，各节点就能够对与其相邻的所有节点的行为进行约束。从而具备了对抗泛洪类拒绝服务攻击的能力。通过小心的设置门限阈值和关键参数，对伪造和重放攻击也具有良好的防范效果。此外，考虑到无线传感器网络节点资源有限，公钥加密也只是在信任建立初期被使用，其它阶段均以简单和低能耗的哈希函数和对称加密运算为主。7.期刊论文崔国华.章丽平.喻志刚.徐鹏.陈晶.CUGuo-hua.ZHANGLi-ping.YUZhi-gang.XUPeng.CHENJing基于分层网格的无线传感器网络密钥预分配方案-计算机科学2008,35(11)无线传感器网络自身的特征,如网络规模庞大,动态的拓扑结构、有限的计算、通信和存储能力等,使得传统的密钥分配和管理机制无法进行直接应用.基于分层网格提出了一种新的适用于无线传感器网络的密钥预分配方案.该方案采用多项式方法在传感器节点间建立共享密钥,并引入分层网格结构实施密钥的预分配.这种设计方法有效地降低了部分节点被俘获后对网络安全造成的影响,增强了网络的健壮性,而且其计算和存储开销也不大,具有一定的实用性.8.学位论文李国瑞无线传感器网络中安全保障模型和方法的研究2009无线传感器网络采用大量集成化的微型传感器协作地监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，利用嵌入式系统对信息进行处理，通过自组织的无线通信网络以多跳中继的方式将所需的信息传送至用户端。它将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起，改变了人与自然交互的方式。在军事国防、环境科学、医疗健康、空间探索、工农业自动化等许多领域有着非常广泛的应用前景。无线传感器网络通常部署在无人值守的区域甚至是敌方阵地，传感器节点之间使用无线通信链路进行数据传输，节点的计算、存储、通信以及能量等性能都十分有限，这些特性使得无线传感器网络很容易受到各种恶意攻击的威胁。本文针对无线传感器网络在战场信息侦察、自然灾害预测、重要设施监控等关键性应用领域中的安全问题，主要围绕适用于不同节点类型和网络结构的静态密钥管理、动态密钥管理、安全多次部署、入侵检测等内容进行了深入的研究，提出了能够确保无线传感器网络安全的保障模型和方法。本文的主要研究成果和创新如下：(