基于区域的异构无线传感器网络密钥管理

密钥管理是无线传感器网络中极具挑战性的安全问题之一.在随机密钥预分配方案的基础上,提出一种利用节点部署知识和已知区域信息的异构无线传感器网络密钥预分配方案,并分别从网络连通性、节点内存需求和安全性等方面对方案进行性能评价和模拟仿真.结果表明,相比现有密钥管理方案,本方案能提高网络的连通性,减小节点所需存储空间,并增强网络抗攻击能力.     

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.     

无线传感器网络中自治愈的群组密钥管理方案

 群组密钥管理的自治愈机制是保证无线传感器网络在不可靠信道上进行安全群组通信的重要 手段.基于采用双方向密钥链的群组密钥分发与撤销方法,提出了一个无线传感器网络中具有撤销能力的自治愈群组密钥管理方案.该方案实现了群组密钥的自治愈功能和节点撤销能力, 能够满足在较高丢包率的无线通信环境下传感器网络群组密钥管理的安全需求,确保了群组密钥保密性、前向保密性和后向保密性等安全属性.性能分析表明,该方案具有较小的计算和通信开销,能够适用于无线传感器网络.     

一种基于EBS的无线传感器网络动态密钥管理方法

设计安全合理的密钥管理方法是解决无线传感器网络安全性问题的核心内容。基于Exclusion Basis System (EBS)的动态密钥管理方法由于安全性高,动态性能好,节约存储资源,受到了广泛关注。但同时存在共谋问题,即对于被捕获节点通过共享各自信息实施的联合攻击抵抗性较差。针对这一问题,该文利用一种特殊形式的三元多项式(同化三元多项式)密钥取代EBS系统中的普通密钥,并在分簇式的网络拓扑结构基础上,设计了一种基于EBS的无线传感器网络动态密钥管理方法。仿真与分析结果表明,相比于采用普通密钥或是二元多项式密钥的方法,该文方法不仅可以有效地解决共谋问题,提高网络对被捕获节点的抵抗性,而且显著减低了更新密钥过程中的能量消耗。     

一种基于双密钥的无线传感网络动态密钥管理方案

针对无线传感网络节点的存储空间、能量等的限制,以及动态密钥管理的无身份认证的安全问题等,提出一种类似一次一密的双密钥管理方案.该方案增加了身份认证模块,以及新节点的认证机制.同时在更新动态密钥时引入盐值,这一特性又进一步增强了无线传感器网络的抗毁性能.最后分析了方案的存储量、连通性以及安全性：在超过6 000个节点的网络环境下,该方案单个节点的密钥存储量大幅降低,仅有E-G方案的一半左右;在连通性方面,E-G方案是基于概率的,一般为0.9,而该方案的连通率为1;在安全性方面,该方案降低了密钥环的数量,未捕获节点的密钥暴露概率比E-G方案低很多.     

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.     

适合于无线传感器网络的混合式组密钥管理方案

针对无线传感器网络中经常出现节点加入或退出网络的情况,提出了一种安全有效的混合式组密钥管理方案.多播报文的加密和节点加入时的组密钥更新,采用了对称加密技术;而系统建立后,组密钥的分发和节点退出后的组密钥更新,采用了基于身份的公钥广播加密方法.方案可抗同谋、具有前向保密性、后向保密性等安全性质.与典型组密钥管理方案相比,方案在适当增加计算开销的情况下,有效降低了节点的存储开销和组密钥更新通信开销.由于节点的存储量、组密钥更新开销独立于群组大小,方案具有较好的扩展性,适合应用于无线传感器网络环境.     

无线传感器网络中基于EBS的高效安全的群组密钥管理方案

为了保证无线传感器网络(WSN)群组通信的安全性,设计了一种基于EBS的群组密钥管理方案.提出方案首先通过合并链状簇和星型簇简化无线传感器网络的拓扑结构,然后通过增加网络被捕获时所需入侵节点的数量来防止攻击者通过少量共谋节点得到所有管理密钥,之后利用图染色算法对分配密钥组合的节点进行排序,并依据海明距离和EBS方法对网络中的传感器节点进行管理密钥分配.在此基础上给出了对传感器节点的加入和离开事件进行处理的方法.在有效性和性能分析阶段,首先通过2个实验分别对提出方案中共谋攻击的可能性和入侵节点数量对网络抵抗共谋攻击能力的影响进行分析,实验结果表明提出方案增强了WSN抵抗共谋攻击的能力;然后对提出方案和SHELL在加入事件和离开事件时的系统代价进行比较,结果表明提出方案所需的密钥更新消息数量和传感器节点存储量均小于SHELL方案.     

适用于传感器网络的分级群组密钥管理

 由于无线传感器网络中经常出现节点加入或离开网络的情况,所以需要建立一种安全高效的群组密钥管理系统来保证无线传感器网络中群组通信的安全性.提出了一种基于密钥树和中国剩余定理的分级群组密钥管理方案.有sensor节点加入,先向新成员发送二级群组密钥,可参与一些不太敏感的数据的传送;待新成员获得GCKS的信任之后,则向其发送群组密钥,从而可参与有关机密信息的会话.节点离开时,通过利用完全子集方法将剩余成员进行分割,提出的方案可以利用中国剩余定理对群组密钥进行安全的更新.证明方案满足正确性、群组密钥保密性、前向保密性和后向保密性等安全性质.性能分析表明,此方案适合应用于无线传感器网络环境.     

成簇阶段恶意节点识别与剔除模型研究及实现

无线传感器网络节点成簇是实现对传感器网络高效节能管理和应用的有效途径.网络安全问题中恶意节点尤为突出,它们破坏网络系统的正常工作规则,影响网络的工作效率和整体存活寿命.为了提高网络的整体性能,希望能在网络成簇阶段及时将破坏作用的恶意节点识别出来并别除.采用LEACH层次化网络通信思路,应用一种基于LEACH算法的密钥预...     

基于完全层次树的无线传感器网络密钥共享方案研究

无线传感器网络由于其自身的特性，如计算资源、能量、存储资源以及带宽的局限性从而面临巨大的安全问题，较普通网络更易受到外界的攻击。研究了一种在无线传感器网络中使用的完全层次树的节点密钥共享方案，该方案使任意两个节点之间共享若干密钥。理论和应用分析显示所提出的方案具有有效性和安全性的特点。同时，通过相关方案比较表明该方案较其它方案更适合无线传感器网络，可以有效的抵御一类Rushing引起的网络DoS攻击。     

Group key management scheme for large-scale sensor networks

Wireless sensor networks are inherently collaborative environments in which sensor nodes self-organize and operate in groups that typically are dynamic and mission-driven. Secure communications in wireless sensor networks under this collaborative model calls for efficient group key management. However, providing key management services in wireless sensor networks is complicated by their ad-hoc nature, intermittent connectivity, large scale, and resource limitations. To address these issues, this paper proposes a new energy-efficient key management scheme for networks consisting of a large number of commodity sensor nodes that are randomly deployed. All sensor nodes in the network are anonymous and are preloaded with identical state information. The proposed scheme leverages a location-based virtual network infrastructure and is built upon a combinatorial formulation of the group key management problem. Secure and efficient group key initialization is achieved in the proposed scheme by nodes autonomously computing, without any communications, their respective initial group keys. The key server, in turn, uses a simple location-based hash function to autonomously deduce the mapping of the nodes to their group keys. The scheme enables dynamic setup and management of arbitrary secure group structures with dynamic group membership.     

Location dependent key management in sensor networks without using deployment knowledge

In this paper we propose an approach for key management in sensor networks which takes the location of sensor nodes into consideration while deciding the keys to be deployed on each node. As a result, this approach not only reduces the number of keys that have to be stored on each sensor node but also provides for the containment of node compromise. Thus compromise of a node in a location affects the communications only around that location. This approach which we call as location dependent key management does not require any knowledge about the deployment of sensor nodes. The proposed scheme starts off with loading a single key on each sensor node prior to deployment. The actual keys are then derived from this single key once the sensor nodes are deployed. The proposed scheme allows for additions of sensor nodes to the network at any point in time. We study the proposed scheme using both analysis and simulations and point out the advantages.     

基于最小生成树的异构传感器网络抗共谋优化方案

基于EBS (Exclusion Basis Systems)的密钥管理协议,以安全性高、动态性和扩展性好,较适用于异构传感器网络,但却存在共谋问题。该文提出了一种基于MST (Minimum Spanning Tree)的密钥共谋问题优化方案。该方案利用Prim算法对由簇内感知节点所构成的无向连通图进行最小生成树求解,并对该树进行遍历,根据所得节点遍历顺序进行密钥的指派与分配,使得相邻节点间所含的密钥重叠程度增大,发生共谋的可能性得到降低。实验结果表明:同比于密钥随机分配方案与SHELL方案,所提方案有效提高了网络的抗捕获能力。     

基于分簇的有效无线传感器网络密钥管理方案

针对现有无线传感器网络密钥管理中计算量过大、存储空间过多和网络安全问题,在分簇结构无线传感器网络基础上,提出一种新的密钥管理方案,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,同时又不降低网络的连通性。通过仿真与其他算法进行性能对比,结果显示这种方案具有更好的性能。     

无线传感器网络中具有撤销功能的自愈组密钥管理方案

在有限域F_q上构造基于秘密共享的广播多项式,提出一种具有节点撤销功能的组密钥更新方案.同时,基于单向散列密钥链建立组密钥序列,采用组密钥预先更新机制,容忍密钥更新消息的丢失,实现自愈.分析表明,在节点俘获攻击高发的环境中,方案在计算开销和通信开销方面具有更好的性能.     

Efficient identity-based security schemes for ad hoc network routing protocols

Wireless ad hoc networks consist of nodes with no central administration and rely on the participating nodes to share network responsibilities. Such networks are more vulnerable to security attacks than conventional wireless networks. We propose two efficient security schemes for these networks that use pairwise symmetric keys computed non-interactively by the nodes which reduces communication overhead. We allow nodes to generate their broadcast keys for different groups and propose a collision-free method for computing such keys. We use identity-based keys that do not require certificates which simplifies key management. Our key escrow free scheme also uses identity-based keys but eliminates inherent key escrow in identity-based keys. Our system requires a minimum number of keys to be generated by the third party as compared to conventional pairwise schemes. We also propose an authenticated broadcast scheme based on symmetric keys and a corresponding signature scheme.     

Secure and Energy-Efficient Traffic-Aware Key Management Scheme for Wireless Sensor Network

In Wireless Sensor Network (WSN), a sensor node may communicate with a small set of neighbor sensor nodes. Existing key management schemes, did not consider this communication between these nodes. They establish shared keys for all pairs of neighbor sensor nodes. When the number of sensor nodes in WSN is augmented, large number of keys is to be loaded in each sensor node, which in turn causes supplementary energy consumption. If any two close sensor nodes are seldom in the active-state the assignment of shared keys may be gratuitous, since they may be hardly exploited.In this paper, based on this information, secure and Energy-Efficient Traffic Aware key Management (EETKM) is developed for WSN. This determines shared keys for active sensors which takes part in the direct communication. In order to broadcast keys without retransmission or acknowledgements, the proposed scheme gives an efficient Re-keying mechanism. The proposed scheme attains high connectivity which is shown through numerical results. The proposed scheme is applied for various routing protocols and the simulation results shows the stronger resilience, low energy consumption and increased delivery ratio.