传感器网络中对偶密钥的动态密钥路径建立机制及算法

对偶密钥技术的采用使无线传感器网络通信的安全性得到保障.对偶密钥中的动态密钥路径的应用又进一步提高无线传感器网络通信的可靠性.利用层次超立方体模型中节点编码的特性及其高容错性,提出了基于局部弱连通性概念的簇内动态密钥路径和基于位置信息的簇间动态密钥路径的两类算法.理论与计算机仿真数据分析表明,该算法具有良好的可靠性和高效性,是一种适合无线传感器网络安全可靠的具有实用价值的算法.     

移动自组网的组密钥链更新算法

针对移动自组网拓扑结构变化频繁,组密钥更新频率高,计算次数多,通信量巨大的特点,提出了一种新的组密钥管理算法-分布式组密钥链更新算法(DKCGR).基于密钥链和左/右向性密钥结构设计了DKCGR算法.通过相邻节点生成共享密钥建立一条循环的密钥链和向左或者向右方向生成若干共享密钥,完成组密钥的更新.同时,借鉴LKH的树形密钥方案,将密钥链用4叉树表示.实验结果表明:DKCGR算法随着加入节点的增多其计算次数将是一个常数,有效控制计算量.与传统的LKH相比节约了n/2(n指节点数)次通信量.     

分簇无线传感器网络中基于横截设计的对密钥建立方案

由于节点能量有限、存贮空间小等特点,使传统的网络密钥管理方案受到挑战。该文基于横截设计、双变量多项式和门限机制,提出了适用于分簇结构传感器网络的对密钥建立方案和多路径密钥建立策略。该方案采用横截设计保证同簇内节点可以直接建立对密钥,而不同簇的节点可以基于门限机制构建多路径密钥。理论和实验分析表明,新方案在增强安全性、连通性和抗毁性的同时,有效地降低了通信量及密钥存储量等代价,并且具有良好的可扩展性。     

一种有效的无线传感器网络密钥协商方案

 针对无线传感器网络能量、计算能力、存储空间以及带宽等局限性问题,提出了一种适合无线传感器网络的密钥协商方案EKASFWSN(Efficient Key Agreement Scheme for Wireless Sensor Networks).该方案首先运用身份加密(IBE)算法预置网络系统参数并通过计算获得节点的相关参数;然后节点使用组播技术向邻居节点广播其ID号并利用Diffie-Hellman密钥交换技术和IBE算法安全地交换节点间的相关参数、计算节点的密钥;最后利用计算获得的节点间共享密钥使用对称密码方法对网络消息进行加、解密.与目前在WSNS研究中比较流行的传统网络密钥协商方案进行的理论分析和仿真实验,结果表明:EKASFWSN方案较好的解决了无线传感器网络在计算能力、能量、存储空间和带宽等方面的局限性问题;并通过密钥交换和身份加密等技术提高了节点通信的安全.     

一种轻量级的无线传感器网络密钥建立协议

该文提出了一种适用于无线传感器网络的轻量级密钥建立协议。该协议以预置的瞬时初始密钥为基础,通过优化密钥建立过程中的信息交互,能够获得更好的可扩展性和更低的能量开销。对该协议的完成时间和网络的连通概率的理论分析表明,该协议是可行的。从仿真结果可以看出,该协议在典型的网络规模下可以获得超过97%的连通概率。与同类协议相比,可以在保证足够的连通概率的情况下以更短的时间完成密钥建立。当网络密度为单跳30个节点时,建立时间小于5.2 s。此外,该协议的能量开销只有同类协议的25%,因此更适合应用于资源受限的无线传感器节点。     

密钥传播在传感器网络中的应用

由于传感器节点资源有限,传感器网络密钥管理极具挑战性.建立用于分析密钥传播协议安全性的概率模型,提出基于组的密钥传播协议,增强密钥传播的安全性能;结合密钥传播与密钥预分配协议,提出基于组和预分配的传感器网络密钥建立协议.分析结果表明,密钥传播及其增强协议寻求有限资源与安全性能的折中,适用于大规模微型传感器网络.     

防御无线传感器网络Sybil攻击的新方法

在传感器网络中,Sybil 攻击是一类主要的攻击手段.通过随机秘密信息预分配,利用节点身份证人确认机制,提出了防御传感器网络Sybil 攻击的新方案并进行了综合性能分析.在新方案中,基于单向累加器建立了传感器网络节点秘密信息管理和分配方案,在共享密钥建立阶段,提出了传感器网络认证对称密钥建立协议,并在universally composable(UC)安全模型中对该协议进行了可证明安全分析,该协议可建立网络邻居节点之间惟一的对称密钥.     

WSN中基于全同态加密的对偶密钥建立方案

针对Guo等人基于排列的多对称多项式方案提出一种攻击方法,证明其方案未能突破容忍门限,并不能抵御大规模节点俘获攻击。通过引入全同态加密提出一种对偶密钥建立方案,使共享密钥计算过程在加密状态下完成,.阻止了敌手获得与多项式有关的信息,成功应对了大规模节点俘获攻击。提出一种全同态加密体制的间接实现方法,降低了方案的存储及计算复杂度。分析及实验表明本方案的存储、计算和通信开销完全满足无线传感器网络的要求。     

基于混沌映射的密钥预分配方案

文中提出一种新的无线传感器网络密钥预分配方案——基于混沌映射的密钥预分配方案CMKP（Chaos Mapping based Key Pre-distribution）。CMKP方案利用整数混沌映射产生具有良好随机性和自相关性能的混沌序列形成密钥池,其传感节点只需存储密钥池中部分密钥的密钥标识ID,改进了节点会话密钥计算方法。性能分析结果表明：在不增加通信开销的同时CMKP方案能够提高无线传感器网络的连通概率和安全性能。     

Ad hoc网中基于哈希的对偶密钥预分配方案

随机密钥预分配是无线Ad hoc网络中最有效的密钥管理机制。提出了一个适用于Ad hoc网络的基于哈希函数的对偶密钥预分配方案。方案利用哈希函数的单向性,由哈希链形成密钥池,节点仅需预分发数量较少的密钥,就能与邻近节点有效建立对偶密钥。方案具有较低的存储成本与计算开销,同时能达到完全连通性,并能动态管理节点与密钥。分析表明,方案具有较好的有效性和安全性,更适合Ad hoc网络。     

一种基于ID的传感器网络密钥管理方案

对偶密钥的建立是无线传感器网络的安全基础,它使得节点之间能够进行安全通信。但是由于节点资源的限制,传统的密钥管理方法在传感器网络中并不适用。在分析了现有密钥预分配协议的前提下,该文提出一种新的基于ID的密钥预分配协议。此协议用计算和比较散列值的方式替代广播方式协商密钥,减少了传感器节点大量的通信消耗。然后,分析了所提出方案的安全性、通信量和计算量,并和已有协议进行了比较。结果表明本文的方法不仅能保证安全性,而且节约了大量通信资源。     

Modeling Pairwise Key Establishment for Random Key Predistribution in Large-Scale Sensor Networks

Sensor networks are composed of a large number of low power sensor devices. For secure communication among sensors, secret keys are required to be established between them. Considering the storage limitations and the lack of post-deployment configuration information of sensors, random key predistribution schemes have been proposed. Due to limited number of keys, sensors can only share keys with a subset of the neighboring sensors. Sensors then use these neighbors to establish pairwise keys with the remaining neighbors. In order to study the communication overhead incurred due to pairwise key establishment, we derive probability models to design and analyze pairwise key establishment schemes for large-scale sensor networks. Our model applies the binomial distribution and a modified binomial distribution and analyzes the key path length in a hop-by-hop fashion. We also validate our models through a systematic validation procedure. We then show the robustness of our results and illustrate how our models can be used for addressing sensor network design problems.     

An Efficient Grid-Based Pairwise Key Predistribution Scheme for Wireless Sensor Networks

Research on wireless sensor networks (WSNs) has been receiving a lot of attention recently. Because of the constraints on the cost of hardware, there are a lot of restrictions regarding memory, computational ability, and energy consumption, hampering WSN research. So far, many key establishment schemes have been proposed for WSNs. For the proposed schemes, random key predistribution is a practical solution. With this, each sensor shares a common key with its neighbors via predistributed keys. However, it may happen that two sensor nodes do not share a common key. In this paper, an efficient grid-based pairwise key predistribution scheme for WSNs is proposed. In the proposed scheme, multiple polynomials for each row, each column, and each diagonal in the grid are constructed. Then, each sensor node in each row, column, and diagonal in the grid establishes a pairwise key with the other node using the predistributed symmetric polynomial. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed scheme in increasing the probability of establishing pairwise keys and reducing communication overhead.     

基于身份加密的无线传感器网络密钥分配方法

由于无线传感器网络在电源、计算能力和内存容量等方面的局限性,传统的网络密钥分配和管理方法已不适用.本文从基于身份密钥体系出发,提出了一种适用于无线传感器网络的密钥预分配方法.首先简要介绍了身份密钥体系,特别是Boneh-Franklin算法,然后基于身份密钥系统和Diffie-Hellman算法,给出我们的密钥分配方法,并从方法的复杂性、安全性、健壮性和内存需求等方面,与随机算法等进行了分析比较,结果表明我们的算法在这些方面有一定的优势.最后我们讨论了可进一步研究的内容.     

一种无状态的传感器网络密钥预分配方案

 在无线传感器网络中,节点被敌方捕获以后将泄露节点内存储的群组密钥等秘密信息,所以需要建立一种安全高效的群组密钥管理系统来及时对被捕获节点进行撤销,以保证无线传感器网络中群组通信的安全.提出一种基于逻辑密钥树结构的密钥预分配方案,群组控制者和密钥服务器(GCKS)为逻辑密钥树中每一逻辑节点分配一个密钥集,每一sensor节点对应一个叶节点,以及一条从该叶节点到根节点的路径,GCKS将该路径上所有节点的密钥植入sensor节点.节点撤销时,GCKS将逻辑密钥树分成互不相连的子树,利用子树中sensor节点的共享密钥进行群组密钥的更新.分析表明本方案满足无状态性,以及正确性、群组密钥保密性、前向保密性和后向保密性等安全性质,具有较低的存储、通信和计算开销,适用于无线传感器网络环境.     

Compromise‐Resistant Pairwise Key Establishments for Mobile Ad hoc Networks

This letter presents a pairwise key establishment scheme that is robust against the compromise of nodes in mobile ad hoc networks. Each node establishes local keys with its neighbor nodes that are at most three hops away at network boot‐up time. When any two nodes establish a pairwise key, they receive the secret information from the nodes on the route between them, and construct the pairwise key using the secret information. Here, the local keys are utilized by the nodes on the route to send the secret information securely. The simulation results have proven that the proposed scheme provides better security than the key pre‐distribution‐based scheme.     

Tree-based key predistribution for wireless sensor networks

The establishment of secure links between neighboring nodes is one of the most challenging problems in wireless sensor networks. In this article, we present an efficient key predistribution scheme for sensor networks such that pairwise keys are defined by iterated hash computations based on a tree structure. Our scheme can be regarded as an improvement of HARPS, Ramkumar and Memon (IEEE J Sel Area Commun 23(3):611–621, 2005),or a generalization of Leighton and Micali’s scheme (Lect Notes Comput Sci 773:456–479, 1994). We rigorously analyze our scheme focusing on the resiliency of the network and hash computational complexity for each node and compare the performance with existing schemes. Specifically, we show that our scheme provides stronger resiliency and requires less hash computational complexity than HARPS.