Resource-efficient authentic key establishment in heterogeneous wireless sensor networks

A key challenge for the protection of heterogeneous wireless sensor networks (HWSNs) is how to enable sensor nodes to establish shared cryptographic keys in an authentic and resource-efficient manner for their secure communications. So far, a number of schemes have been developed to address this challenge. However, a main shortcoming of these schemes is that their use of sensor resources is not properly balanced. This has motivated us to propose a new lightweight scheme to rectify the problem. The scheme only employs symmetric cryptosystems for its design. It takes advantage of the hierarchical clustering feature of a HWSN to deliver a novel way of building vertical key shareability before sensor deployment to enable horizontal key shareability after the deployment for authentic shared key establishment. The scheme evaluation shows that it offers strong authenticity and resilience against various security threats, and is more resource-efficient, flexible and scalable than related work.     

无线传感器网络中三方密钥建立协议研究

提出了一个无线传感器网络(WSN)的可证明安全认证三方密钥建立协议。协议的安全性基于求解椭圆曲线离散对数问题和双线性配对Diffie Hellman问题的计算不可行性。节点之间的身份验证是无线传感器网络中最具挑战性的一个安全要求,它需要在WSN中三个相邻节点之间建立正确的会话密钥轮来实现这种安全目标。通过理论证明,该协议对数据完整性攻击和会话密钥中已知密钥安全性攻击是安全的,并提供了完美的前向安全。     

传感器网络高效密钥建立方案

随着时间的推移,传感器网络中正常工作的节点越来越少。为了确保网络正常工作,必须适时地添加新节点。针对传感器网络,提出了一个高效的密钥建立方案。该方案构造了n个相互独立的子密钥池,两相邻子密钥池之间存在联系密钥。第j次部署的传感器节点只从第j个子密钥池中选取密钥。理论分析及模拟结果表明与使用固定密钥池的方案相比,该方案的抗毁性显著提高。     

Provable security of a pairing-free one-pass authenticated key establishment protocol for wireless sensor networks

Designing efficient as well as secure cryptographic protocols for resource-constrained applications is a challenging task. In this paper, we formally analyze the security of an efficient one-pass authenticated key establishment protocol, the 1P-AKE protocol, which is primarily proposed for resource-constrained sensor nodes devices in wireless sensor networks (WSNs). In contrast to the existing identity-based one-pass key establishment protocols, the 1P-AKE protocol does not require any bilinear pairing computation in order to establish a key. This feature makes it really attractive for resource-constrained application environments, such as WSNs, where pairing computations are too expensive. We show that in the random oracle model, the 1P-AKE protocol is a secure authenticated one-pass key establishment protocol under the computational Diffie–Hellman assumption. The performance of the 1P-AKE protocol is also discussed and compared with the existing relevant protocols.     

有效的无线传感器网络密钥管理算法

密钥管理算法是无线传感器网络安全的一个重要组成部分.提出了一个新的密钥管理算法,它通过将已存储的密钥部分地转化为即使被攻击者截获也无影响的特殊信息,来获取更加良好的安全性能,但同时又不降低网络的连通性能.为了验证此算法的性能,给出仿真和与其它算法进行性能对比的例子,仿真结果显示这种算法具有更好的性能.     

Matrix-based pairwise key establishment for wireless mesh networks

Wireless communication in wireless mesh networks (WMNs), like other types of wireless networks, is vulnerable to many malicious activities such as eavesdropping. As one of the fundamental security technologies, pairwise key establishment has been widely studied to secure wireless communication. In this paper, we propose a new matrix-based pairwise key establishment scheme for mesh clients in WMNs. A fact in WMNs is that mesh routers are more powerful than mesh clients, in both communication and storage. Motivated by this fact, expensive operations can be delegated to mesh routers to alleviate the overhead of mesh clients when establishing pairwise keys between them. Compared with other matrix-based schemes, our scheme has significant advantages: any two mesh clients can directly establish pairwise keys while communication and storage costs of mesh clients are significantly reduced.     

移动Sink的传感器网络路径优化策略

在无线传感器网络（WSNs）中引入移动 Sink 可以避免网络拥塞和能量空洞并降低网络能耗,但由于移动速度的限制导致时延较大。针对这一问题,提出了时延约束下的移动 Sink 路径优化策略,根据时延和网络能耗之间的关系设计了可调节的节点权重,通过模拟退火遗传算法得到最优节点权重,并依据此权重通过迭代得到汇聚节点和最佳移动路径。仿真结果表明：该策略能保证在满足时延约束的前提下降低网络能耗,且收敛速度快。     

无线传感器网络多汇聚节点动态路径切换机制

为了解决在具有多个汇聚节点的传感器网络中由于节点能耗不均匀而产生一些节点能量提前耗尽的问题,提出一种节点动态路径切换机制.该机制利用梯度传输协议计算出每一个节点至各汇聚节点的成本字段,选出距离各节点最近和次近的汇聚节点并进行分群.节点在信息传输时将依据上游节点电力层级进行对比,动态选取较高电力层级的上游节点作为其下一跳节点,建立到最近或次近汇聚节点的传输路径.实验结果表明,采用该机制可以在不同来源产生环境下达到延长整个网络存活时间的效果.     

传感器网络中对偶密钥建立协议研究

传感器节点部署的随机性可能导致网络中出现孤立的密钥共享连通集团。为解决这一问题,提出了基于信任关系传递的多点信任模型,构造了基于信任域认证的对偶密钥建立协议。仿真结果表明：该协议具有良好的抗妥协性能,能够有效地实现孤立集团间的互联,从而验证了其安全性和有效性。     

一种分层的无线传感器网络密钥管理方案*

针对现有密钥管理方案抗俘获性差和占据存储空间大等缺点,提出了一种分层的密钥管理方案。簇头节点采用了Blom矩阵,有效提高了簇头节点抗击俘获的能力;簇内节点利用中国剩余定理,在将复杂计算转交给基站的同时,降低了组密钥的存储空间。通过对比分析,该方案较好地满足了WSNs密钥管理的相关指标,提高了安全性能。     

新的无线传感器网络密钥预分配方案

基于二元对称多项式的随机密钥预分配方案为节点的通信提供了一种安全机制,但这些方案都存在t门限性质问题。为了更好地解决此问题,提高网络的安全阈值及节点的抗俘获能力,采用同化三元多项式代替二元对称多项式来建立节点间通信,并对共享密钥使用单向hash函数进行处理,提高了密钥破解难度。同时采用六边形部署模型,提高网络的安全连通率,减少被捕获节点的影响范围。分析结果表明,该方案提高了网络的安全性及节点的抗毁性,降低了节点间的通信开销。     

一种新的传感器网络密钥分配方案

密钥分配对于无线传感器网络（WSN）的安全起着基础性作用。由于传感器网络规模大、节点资源非常受限等特点,传统的基于公钥和可信任密钥分配中心等方式不能使用。提出了一种新的WSN密钥分配方案,并对其存储量、通信量、计算量和安全性进行了分析。该方案基于安全两方计算,计算负载小,安全性高,适合传感器网络。     

一种新的无线传感器网络密钥预分配方案

针对无线传感器网络资源有限的特点,给出了一种基于平面格的密钥预分配方案,该方案存储开销与能量消耗较小,能确保所有邻近节点直接建立对偶密钥,但安全性能较差。然后将方案扩展到三维格上,提出了基于三维格的密钥预分配方案,分析结果表明方案具有较好的可扩展性与抵抗攻击的能力。     

安全的无线传感器网络密钥预分配方案

密钥管理是无线传感器网络(WSN)安全的核心问题。基于二元对称多项式的随机密钥预分配方案为节点的通信提供了一种安全机制,但这些方案都存在“t-security”问题,很难抵制节点的捕获攻击。为了更好地解决该问题,提高网络的安全阈值及节点的抗捕获能力,采用可转化三元多项式代替二元对称多项式来建立节点间通信,并引入密钥分发节点进行分簇网络密钥分发。同时,由于对节点密钥采用单向Hash函数进行处理,提高了密钥破解难度。分析结果表明,该方案提高了网络的安全性及节点的抗毁性与可扩展性,降低了传感器普通节点的存储与计算开销。     

无线传感器网络密钥管理问题综述

分析了无线传感器网络中严格的资源限制和自组织特点并据此提出密钥管理协议所需满足的要求。在结合当前最新成果并对典型的密钥管理方案进行系统论述的基础上,对其利弊以及适应性问题进行了较为全面的分析,且于最后提出一些颇具价值的研究方向。     

基于标识的无线传感器网络密钥预分配方案

密钥分配是无线传感器网络中极具挑战性的安全问题之一.为了实现无线传感器网络中的安全通讯,需要对传感器结点间传递的信息进行加密.由于受每个传感器结点自身资源的限制,传统网络中使用的密钥分配策略,并不适用于无线传感器网络.提出了基于结点ID的密钥预分配方案,实现了非对称和对称密钥体制、分布式和集中式密钥管理的结合,有效地提高了传感器网络其安全性和连通性.     

无线传感器网络节点移动路径优化方法

为解决移动传感器修复网络覆盖空洞时最优级联移动路径的选择问题,综合考虑中间级联节点的个数和能量,提出了选择级联移动路径的优化方法.该方法通过计算中间级联节点的能量可用率,进一步得出各路径的能量可用率和决定性能量,从多目标优化的角度来选择最优的级联移动路径,有效均衡了各移动传感器的能耗,充分利用了整个网络的能量,从而延长了网络的生存时间.仿真结果表明,该优化方法比标准的级联移动方法有更高的网络能量使用效率.     

一种无线传感器网络的组密钥管理方案研究

为了在有限资源的无线传感器网络上能安全进行群组通讯,同时考虑到组密钥管理必须满足前向安全性、后向安全性和完整性的安全需求,使用椭圆曲线密码体制的部分步骤和异或运算提出了一种安全有效的组密钥管理方案。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。     

一种基于分簇的无线传感器网络动态密钥分发协议

层簇式无线传感器网络具有能量利用率高的优点,目前已经提出了多种基于分簇的路由协议,但这些协议并没有考虑到安全性因素.针对这个问题,提出了一种基于分簇的动态密钥分发协议SDKD,通过综合考虑节点的剩余能量和地理位置信息优化簇头选举机制,并使用哈希函数产生动态密钥加密通信过程.仿真实验表明,SDKD协议与典型的分簇协议LEAP相比,降低了网络能量消耗,并延长了网络生命周期.     

A survey of key management schemes in wireless sensor networks

Wireless sensor networks have many applications, vary in size, and are deployed in a wide variety of areas. They are often deployed in potentially adverse or even hostile environment so that there are concerns on security issues in these networks. Sensor nodes used to form these networks are resource-constrained, which make security applications a challenging problem. Efficient key distribution and management mechanisms are needed besides lightweight ciphers. Many key establishment techniques have been designed to address the tradeoff between limited memory and security, but which scheme is the most effective is still debatable. In this paper, we provide a survey of key management schemes in wireless sensor networks. We notice that no key distribution technique is ideal to all the scenarios where sensor networks are used; therefore the techniques employed must depend upon the requirements of target applications and resources of each individual sensor network.