增强的无线传感器网络密钥管理协议

针对基于临时初始密钥的密钥管理协议中初始密钥泄露和删除密钥部分素材后老节点之间不能有效认证并建立点对密钥的问题,提出一种适用无线传感器网络安全性增强的密钥管理协议。协议采用分阶段部署传感器节点,并结合双向密钥链、组密钥更新机制和Shamir多项式门限方案。协议中每个节点携带若干部署阶段的主密钥而非初始密钥,即使节点被捕获,也难以通过其他节点认证进入网络;组密钥更新方案中的广播多项式隐藏了被撤销的节点集合和后向密钥,合法节点通过多项式计算恢复出后向密钥并计算组密钥,使得老节点之间能通过组密钥机制实现认证并再次融入网络,提高了网络连通性。安全性和性能分析表明,协议在保证更好安全性的同时,降低了系统开销,也提高了不可靠信道环境下的自愈合性。     

无线传感器网络密钥种子管理和分配模型及应用

随机密钥种子预分配方案是实现安全的无线传感器网络应用的首选方案,该方案在无线传感器网络节点布置之前建立和分配某种密钥种子信息,在网络节点布置之后利用密钥种子信息建立或发现节点之间安全的通信链路.根据传感器网络的通信保密和节点认证需求,提出了通用密钥种子管理和分配模型(KSMA).该模型可用于预分配方案的安全分析,描述了预分配方案的5个安全属性.在KSMA模型中,基于单向累加器,定义了一类新的密钥种子结构,提出了新的密钥种子预分配方案和节点秘密共享发现协议,并在UC(universally composable)安全框架中对新的秘密共享发现协议进行了可证明安全分析.在新方案中说明了如何设定密钥池参数和节点密钥链参数的方法,该方法不仅保证了高概率的安全链路建立,而且可以通过节点身份证人确认机制实现节点之间身份认证,有效地防御传感器网络Sybil攻击.通过与其他方案的分析对比,新方案改善了网络安全弹性、综合性能良好.     

一种抗阻断攻击的认证组密钥协商协议

一个非认证的组密钥协商协议不能对通信参与者和消息进行认证,它必须依赖认证的网络信道或其它的认证方法.分析了Burmester等人在认证广播信道下提出的著名组密钥协商协议,指出它不能抵抗内部恶意节点发起的密钥协商阻断攻击,该攻击导致组内其它诚实节点不能正确计算出一致的组密钥.提出了一种改进的认证的组密钥协商协议,在原协议中加入了消息正确性的认证方法,能够对组内恶意节点进行检测,并在随机预言模型下证明了改进的协议能够抵抗密钥协商阻断攻击.     

一个新的基于身份的无线传感器网络密钥协商方案

无线信道具有开放性,节点间建立配对密钥是无线传感器网络安全通信的基础。在大部分基于身份加密(Identity-Based Encryption, IBE)的传感器网络密钥协商方案中,使用双线对运算建立配对密钥,能耗高且耗时长。基于BNN-IBS身份签名提出了一个新的无线传感器网络密钥协商方案,节点通过Diffie-Hellman协议建立配对密钥,所需的密钥参数通过广播获得。与基于IBE的传感器网络密钥协商方案(IBE-based Key Agreement Scheme, IBEKAS)进行量化比较,结果表明本方案不仅提供了与IBEKAS同层次的安全性与可扩展性,且在能耗与时耗方面具有较明显的优势。     

基于中国剩余定理的传感器网络密钥管理协议

无线传感器网络的安全性是目前研究的热点。传统基于临时初始密钥和基于密钥池预分配的方案难以在网络连通性和节点存储计算消耗之间有效平衡,网络生命期内使用固定不变的初始密钥/密钥池难以抵抗节点捕获攻击。本文基于中国剩余定理提出了传感器网络密钥管理协议,每个节点携带较少的密钥素材,能够实现网络最大连通,并具有较少的存储空间和计算与通信能耗;基于时间概念分多个阶段部署传感器节点时,发布的密钥素材在不同的节点部署阶段相应变化,使得网络具有自愈合功能,从而具有较强的抗节点捕获攻击。     

基于SM2的标识认证密钥交换协议

会话密钥(Session Secret Key,SSK)可在远程实现各方之间的安全通信,在实际的开放网络部署中具有重要地位。传统SSK主要是基于公钥基础设施的认证密钥交换(Authenticated Key Exchange,AKE)协议构建的,因涉及证书的颁发、更新、撤销等繁琐操作,面临昂贵的计算、通信和存储开销。虽然基于标识(Identity,ID)的AKE (ID-AKE)协议可解决这个问题,但目前的大部分ID-AKE协议均基于国外密码算法设计,尚未见基于国产商用密码算法的ID-AKE协议在国内外刊物上正式发表,不符合我国密码核心技术自主可控的要求。SM2认证密钥交换(Authenticated Key Exchange From SM2,SM2-AKE)协议因具有高安全和高效率的特性,在商用密码中得到广泛应用。但证书管理开销问题仍未被解决,这将极大限制了SM2-AKE协议的应用与推广。文章于标识密码(Identity-based Cryptography,IBC)体系下采用类Schnorr签名密钥生成方法,基于SM2设计了一种标识认证密钥交换(SM2-ID-AKE)协议,并在CDH安全假设和随机谕言模型下证明了该协议的安全性。最后的理论分析和仿真实验结果表明,与现有的ID-AKE协议相比,文章协议至少节省66.67%的通信带宽和34.05%的计算开销,有效降低和减轻了系统的代价和负担,更能够适应网络通讯部署等领域下不同用户的安全通信服务需求。     

非平衡网络环境下基于身份的组密钥交换协议

针对参与者计算能力不均衡的非平衡无线网络环境,首先对基于身份的群组认证密钥协商(ID-AGKA)协议进行安全性分析,指出该协议不能抵抗临时密钥泄露攻击; 随后通过对该协议签名的生成方式进行改进,使得改进的协议不仅在安全性上有所提高,而且能有效减少计算代价和通信代价,因此更适用于非平衡无线网络; 同时,协议采用了指定验证者签名,能有效地解决签名者的隐私问题; 此外,对非平衡网络中群组密钥协商协议的动态机制进行改进,通过高能量节点合理利用用户动态变化前计算的信息来减少低能量节点不必要的计算,这一改进能极大减少低能量节点的计算代价,更符合实际需求; 最后,在随机预言模型中基于整除判定性Diffie-Hellman(DDDH)假设证明了改进的群组密钥协商(GKA)协议的安全性.     

WSN中基于ECC的轻量级认证密钥协商协议

为解决无线传感器网络密钥管理与认证协议设计中由于节点频繁移动所带来的计算量、存储量等资源消耗过大问题,提出了一种基于ECC的轻量级认证密钥协商协议。该协议主要用于网络中任意用户节点之间,以及用户节点与网络之间的双向认证和会话密钥的协商。方案采用ECC进行会话密钥协商,结合AES对称密钥加密技术保证信息传输过程的保密性。与传统的密钥协商协议相比,能够在更小的密钥量下提供更大的安全性,并减少了对节点计算量和存储量的需求。该协议在ID-BJM安全模型下证明了其安全性。分析结果表明,该协议满足前后向安全性和PKG前向安全性。     

一种异构传感网认证密钥协商方案

把集合论思想引入异构传感网认证密钥方案设计中,提出一种基于双线性对动态累加器的异构传感网认证密钥协商方案.已往基于经典随机图等理论的安全方案主要实现了节点间密钥协商,使身份认证和密钥协商割裂开来;新方案则从集合论的角度把异构传感网认证密钥协商转化为集合元素关系认证,实现了身份认证和密钥协商的有效融合.方案包括异构传感网身份认证、密钥协商和广播认证这3 部分.节点通过交换 ID 与证人信息相互验证身份合法性;合法节点协商生成共享密钥;利用广播消息动态增加/删除节点,更新节点证人信息.实验分析表明,该方案不但实现了身份认证、密钥协商和广播认证的有效融合,而且具有良好的安全性、扩展性和网络结构变化的自适应性,适用于节点性能和安全性需求较高的场景中.     

一种强安全性的多密钥交换协议

当前的两方多密钥交换协议都不能抵抗临时密钥泄露攻击.针对该问题,基于双线性对提出一种新的两方认证密钥交换协议.协议中参与会话的2个用户通过一次会话可以生成4个不同的会话密钥.分析结果表明,该协议可以抵抗临时密钥泄露攻击,与已有同类协议相比,具有更强的安全性,能实现双向认证功能.     

WSN中一种基于身份的短签名广播认证协议

广播认证是传感器网络中很重要的安全服务,它允许发送者通过安全的方式广播信息给多个节点。无线传感器网络中的μTESLA、M-μTESLA等基于消息认证码的广播认证协议存在一些不足,加上最近的研究显示,基于双线性对的加密算法可应用于资源有限的传感器节点。本文介绍一种高效的基于身份的无证书短签名协议,它拥有目前最短的签名长度160bits,计算量相比其他公钥签名低得多,还能提供认证多个基站的广播信息的功能。基于MICA2DOT平台对其通信和计算能量消耗进行分析,以及对该协议的其他性能的分析,得出该协议引入的能量消耗小,满足广播认证的一些重要性质,适合无线传感器网络环境。     

基于秘密共享的无线传感器网络广播密钥分发协议

在无线传感器网络中,能量消耗主要集中在节点之间的通信上,节点计算所消耗的能量远小于通信所消耗的能量。由于无线传感器网络的"一对多"和"多对一"通信模式,广播是节约能量的主要通信方式。为了保证广播实体和消息的合法性和保密性,必须首先解决无线传感器网络广播密钥安全分发问题。本文在充分考虑无线传感器网络自身特点的基础上,基于Shamir的门限秘密共享方案,提出了椭圆曲线双线性对上的无线传感器网络广播密钥分发协议,并对其进行安全性和性能分析。分析发现,该协议不仅满足安全性要求,同时,能够适合无线传感器网络的特殊应用要求。     

基于广播加密的会话密钥分配新方案

广播加密方案是一种应用广泛的群组安全通信方案,在付费电视、视频会议和无线传感网络等场合具有良好的应用前景.该文针对许多基于二叉树结构的方案在中心控制密钥量O(n)上作了一些改进,提出了一个安全的基于广播加密的会话密钥分配方案.新方案在中心密钥存储量上有明显的优势,同时能安全有效地完成密钥的分发、用户添加以及加密密钥更新等功能.     

一种无线传感器网络的密钥管理方案

目前很多无线传感器网络的应用是建立在群组式通讯的模式之上,如何建立一个用以加密群组通讯的组密钥,来防范攻击者窃听无线传感器网络上的通讯,近年来引起广泛关注。为了在有限资源的无线传感器网络能安全进行群组通讯,本文只使用对称加密算法和单向哈希函数提出了一种具有有效性和扩充性的组密钥管理方案,并可满足前向和后向安全性。与目前现有的群组密钥相比,方案不仅具有较好的效率,并且更适合于无线传感器网络。     

Smart Dust Security – Key Infection Revisited

Sensor network is a notion denoting an interesting subset of self-organising wireless networks. These networks are rather dense as each node have typically more than dozen neighbours, and large – with tens to hundreds thousands of nodes. Applications of such networks assume distributed environmental sensing performed by each sensor in the network, where data from a particular sensor gain value only when combined with data from a relatively high number of other sensors. One of the open security questions in this specific environment is a possibility to lower requirements on key distribution and key management and thus decrease production costs. One of the possible ways is “key infection”. The paper recaps a protocol and already published results. It also elaborates the concept of key infection by introducing a new variant of security amplification protocol, and presents some interesting results obtained by simulations.     

基于通信半径动态调整的无线传感器网络密钥管理协议

为了实现传感器网络的安全,对节点间传送的数据进行加密解密是非常重要的,这需要在节点间建立共享密钥对.由于传感器节点的资源有限,传统分发密钥的方法不能应用在无线传感器网络中.目前已经有研究者提出若干种密钥预分布方法来保证传感器网络的安全.利用传感器节点通信范围可调节的特点,提出了一种新的基于通信半径动态调整的密钥预分布方案KMVTR.该方案不仅适用于具有大通信距离的高级节点的网络,而且同样适用于只有普通节点组成的网络.和其他方案相比,KMVTR具有若干优点,如提供最佳的抗节点俘获的能力,并且可以支撑较大的网络规模,而且在预分布阶段不需知道节点的期望部署位置.     

基于无线传感器网络随机密钥预分配协议的研究

根据传感器网络的拓扑结构,将网络划分为等边六边形的子网络再分配密钥的方案,优化了网络随机密钥预分配协议,实验表明,方案不仅具有较好的密钥连通性和节点抗捕获性,而且更适用于无线传感器网络,通过仿真,实现了网络中节点密钥的建立和删除。     

自认证公钥的无线传感器网络密钥协商协议

自认证公钥密码不需要证书管理,不存在密钥托管问题,非常适用于资源受限的无线传感器网络.但现有的自认证公钥传感网密钥协商协议存在安全性低和能量消耗大的缺点.首先分析并指出Yoon等人提出的协议不能抵抗密钥泄漏伪装攻击;然后采用MTI协议族的"隐式认证"的思想,基于椭圆曲线Diffie-Hellman假设,设计了一个新的基于自认证公钥体制的认证密钥协商协议WSN-AKA.该协议是第1个可证明安全的传感器网络自认证公钥体制密钥协商协议.与现有协议相比,该协议不仅安全性更高,而且因其密钥协商只需两次消息传递,其通信效率也最高而能耗最少.     

无线传感器网络节点间认证及密钥协商协议

无线传感器网络的特性使它面临着比传统无线网络更大的安全挑战,其安全解决方案必须兼顾安全性和系统性能等因素。节点间认证及密钥协商是构建安全网络最基本的协议,是密钥管理协议和安全路由协议等的实现基础。很明显,包括传统Adhoc在内的各种无线网络领域中的安全认证及密钥协商机制都无法适用于无线传感器网络。为此,在充分考虑无线网络攻击方法和无线传感器网络自身特点的基础上,结合基于ID的公钥密码技术,提出了椭圆曲线双线性对上的无线传感器网络节点安全认证及密钥协商协议。分析发现,该协议不仅满足安全性要求,同时,能够适合无线传感器网络的特殊应用要求。     

广播认证协议μTESLA分析与改进

由于大量的传感器节点和无线通信的广播特性,广播认证是无线传感器网络(WSN)安全技术的重要部分.在分析广播认证设计目标和H TESLA协议的基础上,对协议的广播认证范围、密钥发布间隔、Hash密钥链的再生构造等方面提出了一些改进.研究结果表明,该机制改善了μTESLA协议的性能.