无线传感器网络中基于临时初始密钥的密钥管理协议

针对网络中相邻节点对通信、局部广播通信及新节点认证中的安全问题,提出无线传感器网络中基于临时初始密钥的密钥管理协议-PLA协议.该协议要求在网络部署的时候为每个节点分配唯一的标识符和一个临时初始密钥.节点基于临时初始密钥和相关信息建立用于节点对之间通信的密钥(Pairwise Key,简称点对密钥)、用于与其所有邻居节点同时通信的局部广播密钥(Local Broadcast Key,简称局部广播密钥)以及用于认证新加入节点的认证密钥(Authentication Key,简称认证密钥).与现有协议如LEAP协议和OTMK协议相比较,该协议降低了能耗,提高了安全性.     

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。     

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.     

基于分簇无线传感器网络密钥预分配管理方案研究

针对无线传感器网络节点计算和存储能力有限,能量受限等特点,提出了一种新的分簇传感器网络密钥预分配管理方案KDNKPD。该方案借助于Blundo二元多项式函数和密钥分发节点建立节点与簇头间的安全通信,能够适应簇首节点的按轮选举并解决了Blundo方案的安全问题。通过安全分析与性能分析比较和仿真实验表明,该方案提高了网络的安全性,减少了传感器节点的存储开销和计算开销。     

无线传感器网络轻量级数据加密机制设计

针对无线传感器网络处理能力、存储空间、能量等有限的特点,设计了轻量级数据加密机制。该机制对RC6算法进行了改进,添加了"对称层"运算,使改进后的RC6算法在运算工作量变化不大的情况下,硬件实现更加容易,硬件资源消耗更小。为进一步提高密文的安全性与数据加密强度,使用双密钥对明文进行两级加密,并引入了随机密钥管理机制,使网络节点每次加密时都能使用不同的密钥,提高了密钥的安全性。数据加密机制还使用了节点ID认证、带有身份标识的密钥池认证等多种安全认证机制来阻止非法节点的接入。实验基于低功耗Cortex-M3内核的控制芯片搭建无线传感器网络节点硬件平台,设计了通信协议,并在硬件平台上移植与实现了该机制。实验结果表明,该加密机制能够很好地在低功耗平台上运行。     

A Class of Key Predistribution Schemes Based on Orthogonal Arrays

Pairwise key establishment is a fundamental security service in sensor networks; it enables sensor nodes to communicate securely with each other using cryptographic techniques. In order to ensure this security, many approaches have been proposed recently. One of them is to use key predistribution schemes (KPSs) by means of combinatorial designs. In this paper, we use the Bush’s construction of orthogonal arrays to present a class of key predistribution schemes for distributed sensor networks. The secure connectivity and resilience of the resulting sensor network are analyzed. This KPS constructed in our paper has some better properties than those of the existing schemes.     

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。     

Cost Effective Decentralized Key Management Framework for IoT

Security is a primary concern in communication for reliable transfer of information between the authenticated members, which becomes more complex in a network of Internet of Things (IoT). To provide security for group communication a key management scheme incorporating Bilinear pairing technique with Multicast and Unicast key management protocol (BMU-IOT) for decentralized networks has been proposed. The first part of the proposed work is to divide the network into clusters where sensors are connected to and is administered by cluster head. Each sensor securely shares its secret keys with the cluster head using unicast. Based on these decryption keys, the cluster head generates a common encryption key using bilinear pairing. Any sensor in the subgroup can decrypt the message, which is encrypted by the common encryption key. The remaining part focuses to reduce communication, computation and storage costs of the proposed framework and the resilience against various attacks. The implementation is carried out and results are compared with the existing schemes that have given considerably better results. Thus, the lightweight devices of IoT can provide efficiency and security by reducing their overhead in terms of complexity.     

无线传感器网络密钥分布方案研究

无线传感器网络广泛应用于目标跟踪、环境监测、军事感应和地震活动测试等方面。网络安全是无线传感器网络应用的关键因素。在无线传感器网络安全结构中,节点的密钥分布是其中的重要一环。资源有限的大规模无线传感器网络的部署需要高效的节点密钥分布机制。高效的节点密钥分布方案能加强网络连通性、提高抵抗节点捕获攻击的能力、减小节点能量的消耗以及扩展节点通信范围。本文分析了密钥分布的安全要求,着重从密钥的产生、密钥连接的建立和性能方面描述了当前典型的密钥分布方案,并比较和分析了这些算法的特点和安全性能。最后结合该领域当前研究现状,指出无线传感器网络密钥分布未来可能的研究方向。     

Private key agreement and secure communication for heterogeneous sensor networks

Key management is an important building block for all security operations in sensor networks. Most existing key management schemes try to establish shared keys for all pairs of neighbor sensors; hence, a large number of keys need to be preloaded on each sensor, which necessitates a large key space for the nodes in the network. The recent trend in research is to mainly consider homogeneous sensor networks, and to a lesser degree heterogeneous sensor networks, for key management. In this paper, we propose a novel key agreement protocol which is based on pairing-based cryptography over an elliptic curve. Using this protocol, any two nodes that need to communicate can independently compute the same secret key by using pairing and identity-based encryption properties. The proposed protocol significantly reduces the key space of a node. Additionally, the security analysis of the proposed protocol shows that it is robust against a number of attacks including wormhole attack, masquerade attacks, reply attacks, and message manipulation attacks.     

传感器网络基于动态密钥池的密钥建立方案

针对网络在整个生命周期内的可持续安全性问题,基于动态密钥池技术提出了一个新的对密钥建立方案(KES-D).在此方案中,节点分n次部署,密钥池根据节点部署的次数分代.第i代密钥池由第i-1阶段的密钥池去除m条使用时间最长的二维反向密钥链再加上m条新二维反向密钥链组成.理论分析及模拟结果表明:与适用于多次部署的传感器网络密钥管理方案相比,该方案的抗毁密钥连通率显著提高.     

基于信任域认证的传感器节点对偶密钥建立协议研究

本文从协议安全性的角度分析了无线传感器网络的对偶密钥建立过程．提出了信任域内的认证模型以 及相应的对偶密钥建立协议．仿真结果表明,与传统的密钥路径建立过程相比,该协议在取得相近抗毁损性能的前 提下,能够有效地实现孤立集团间的互联．     

无线传感器网络中一种改进的密钥管理方案

提出了一种用于无线传感器网络中的改进的矩阵密钥预分配的方法。该方案能够支持网络拓扑结构的变化,并且能动态管理密钥信息,从而解决了密钥泄漏等问题。同时基于分簇结构,该方案能减少普通传感器节点的通信和计算开销,节约存储空间,从而解决普通节点资源受限的问题。仿真结果显示,与已有的一些密钥方案相比,该方案提高了网络的安全性,减小了存储空间。     

无线传感器网络安全的关键技术

基于无线传感器网络,能够应用密钥管理技术、身份认证技术、防火墙、安全路由等作为网络安全控制中的关键技术,有效避免无线传感器网络安全漏洞的发生,确保无线传感器网络通信安全。本文详细分析无线传感器网络的关键技术。     

Markov Chain-based performance analysis of multihop IEEE 802.15.4 wireless networks

In this paper, we propose a Markov chain-based analytical framework for modeling the behavior of the medium access control (MAC) protocol in IEEE 802.15.4 wireless networks. Two scenarios are of interest. First, we consider networks where the (sensor) nodes communicate directly to the network coordinator (the final sink). Then, we consider cluster-tree (CT) scenarios where the sources communicate to the coordinator through a series of intermediate relay, which forward the received packets and do not generate traffic on their own. In both scenarios, no acknowledgment messages are used to confirm successful data packet deliveries and communications are beaconed (i.e., they rely on synchronization packets denoted as “beacons”). In all cases, our focus is on networks where the sources and the relays have finite queues (denoted as buffers) to store data packets. The network performance is evaluated in terms of aggregate network throughput and packet delivery delay. The performance predicted by the proposed analytical framework is in very good agreement with realistic ns-2 simulation results.     

基于代码片段的无线传感器网络密钥更新方案*

针对当前无线传感器网络密钥更新技术存在的安全隐患,提出了一种基于代码片段的密钥更新方案（简称CSU方案）。CSU首先为传感器节点预分配初始密钥以及代码片段,相邻节点之间通过交换代码片段获得相同的代码片段集,然后利用代码片段集所组成的更新程序完成密钥更新。理论分析表明,CSU不仅具有很高的安全性,同时具有计算、通讯开销低的特点,完全支持大规模无线传感器网络。     

基于OKS的无线传感器网络对偶密钥预分配方案

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks WSNs)是由资源有限的传感器节点构成的无线网络。在传感器节点间建立对偶密钥是实现网络安全通信的基础。在本文中,我们提出了一种新的对偶密钥建立方案。本方案以六边形结构进行网络域分簇,利用节点的部署信息和重叠密钥共享(overlap key sharingOKS)思想给每个传感器节点预分配密钥信息。通过分析,本方案具有较高的抗节点俘获能力,能够有效减少存储开销,并提供灵活的安全等级。     

传感器网络的多重单向散列随机密钥预分配协议

首先借鉴Leighton Micali协议中的多重单向散列建立密钥思想，设计了一种基本的多重单向散列密钥分配协议。该协议能确保所有邻居节点能建立安全链路，但是安全性能差。然后结合多重单向散列与随机密钥预分配，提出了多重单向散列随机密钥预分配协议，并详细分析了性能。与现有的协议相比，该协议只需很少的单向散列运算，计算负载小，安全性能高，非常适用于传感器网络。     

基于可信基站的SPINS协议研究与改进

SPINS安全协议基于可信基站,为无线传感器网络数据传输提供了一套安全的解决方案。通过分析SPINS协议,指出其中存在的不足,并对其进行了三方面的改进,即引入全局密钥、支持网络扩展和加入密钥更新机制。分析表明,改进的方案具有较好的扩展性,能有效支持路由信息的认证,新的密钥更新机制在一定程度上增加了安全性。     

浅析无线传感器网络的密钥管理

集传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术及无线通信技术于一体的无线传感器网络,因其广阔的应用前景而受到学术界和工业界的高度重视。在大多数应用环境中用户对无限传感器网络的安全能力有很高的要求,因此安全成为制约无限传感器网络广泛应用的关键。为此文章深入分析和讨论了无线传感器网络密钥管理方面的一些基础内容,并主要对目前一些经典的密钥管理方案进行原理阐述和性能分析。