基于傳感網(wǎng)的若干容忍入侵的輕量級(jí)安全協(xié)議研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,分布式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通和軍事領(lǐng)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分,它在信息采集過(guò)程中的安全性和有效性直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的安全和可用性?；诿荑€的安全和認(rèn)證機(jī)制都需要密鑰管理服務(wù)輔助建立傳感器網(wǎng)絡(luò)安全、可認(rèn)證通信。然而,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源嚴(yán)重受限使得重量級(jí)的密碼算法難以應(yīng)用。因此,為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)安全、高效的輕量級(jí)密鑰管理方法和廣播認(rèn)證方法,達(dá)到安全和效率的辯證統(tǒng)一,成為目前

2、研究領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
　　 國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)輕量級(jí)密鑰管理方法相關(guān)研究表明,通過(guò)移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)定期收集網(wǎng)絡(luò)所采集數(shù)據(jù),可以克服以基站為中心的模式下節(jié)點(diǎn)能耗不均這一問(wèn)題。但是,該網(wǎng)絡(luò)模型下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)缺乏像基站一樣的物理防護(hù),存在物理俘獲的可能性;移動(dòng)節(jié)點(diǎn)權(quán)限過(guò)大,變節(jié)后對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的影響較大且在被俘后難于對(duì)新加入的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證。針對(duì)上述缺陷,本文提出了輕量級(jí)的容忍入侵的密鑰管理方案。方案以群組部署方式建立層次式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),結(jié)合

3、Blundo對(duì)稱多項(xiàng)式機(jī)制的容侵性和反向哈希鏈技術(shù)的單向性,從而可安全高效地實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)問(wèn)的安全通信;節(jié)點(diǎn)會(huì)話密鑰在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中可進(jìn)行周期性更新且能有效阻止變節(jié)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)與正常網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信。同時(shí),方案能夠?qū)Ρ环苿?dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可認(rèn)證替換,避免了單點(diǎn)擊.穿問(wèn)題。與現(xiàn)有方案進(jìn)行安全和性能對(duì)比顯示,該方案在容侵率以及通信、計(jì)算和存儲(chǔ)消耗等方面具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。此外,本文利用信息論熵的相關(guān)理論對(duì)所提出的模型進(jìn)行建模,證明了該方案具有基于信息熵的容忍入

4、侵特性且方案中群組能夠抵抗t個(gè)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合攻擊。
　　 在輕量級(jí)廣播認(rèn)證方法的研究中,當(dāng)需要進(jìn)行安全、高效地初始化時(shí),Hash鏈無(wú)疑是最佳的選擇。然而,Hash鏈長(zhǎng)度需要預(yù)先設(shè)定,無(wú)法保證廣播密鑰具有靈活的可擴(kuò)展性;Hash鏈的初始化是通過(guò)預(yù)部署實(shí)現(xiàn)的,用完后新Hash鏈部署開(kāi)銷較大。針對(duì)這兩個(gè)缺陷,本文提出基于短Hash鏈的自再生廣播認(rèn)證方案。該方案克服了現(xiàn)有基于Hash鏈廣播認(rèn)證中Hash鏈擴(kuò)展效率低的缺陷,可保證廣播節(jié)點(diǎn)能夠

5、按需對(duì)Hash鏈進(jìn)行擴(kuò)展;針對(duì)節(jié)點(diǎn)采用先存儲(chǔ)后認(rèn)證的廣播方式容易給DoS攻擊創(chuàng)造條件這一缺陷,提出采用消息摘要認(rèn)證后續(xù)數(shù)據(jù)并通過(guò)分段Hash認(rèn)證的方法對(duì)認(rèn)證機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)而增大了攻擊者實(shí)施DoS攻擊的難度。相關(guān)性能分析表明,所提出的方案具有較好的入侵容忍能力,且只需要固定大小的存儲(chǔ)開(kāi)銷,所需計(jì)算開(kāi)銷和通信開(kāi)銷也較小。
　　 本文所提出的輕量級(jí)密鑰管理方案和廣播認(rèn)證方案能夠?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供輕量級(jí)的安全保證,為無(wú)線傳感器網(wǎng)輕量