一种动态的分簇无线传感器网络密钥管理方案

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在物联网体系结构中，无线传感器网络作为物联网获取数据信息的重要技术手段之一，其安全问题必将直接对基于物联网的应用造成影响。由于组成无线传感器网络的节点具有能量与存储空间有限、计算与通信能力较弱的特点，因此传统的密钥管理方案无法直接应用于无线传感器网络。本文针对无线传感器网络密钥易受攻击、计算及能耗受限、簇密钥管理方式不灵活等状况，在椭圆曲线离散对数问题困难性的基础上设计了一种动态的分簇无线传感器网络密钥管理方案。本文的主要研究内容如下: 1.针对无线传感器网络密钥易受攻击和因节点动态变化导致密钥管理复杂的问题，本文方案在密钥协商过程中簇头节点与基站之间采用非对称密钥体制进行节点认证。在普通节点与簇头之间采用基于Shamir的(t，n)门限秘密共享机制来进行簇密钥管理，将簇密钥分成n个子密钥分发给各个节点，小于t个节点被俘获不会威胁到主密钥的安全。 2.针对现有的随机密钥预分配管理方案受限于节点存储空间的问题，本文方案基于椭圆曲线上的公钥组合体制生成密钥，通过信息量较少的密钥矩阵元素的组合生成大量密钥，每一个传感器节点只需要存储相关参数和密钥矩阵，大大节省了节点内存空间。 3.在基于层簇型的密钥管理方案中经常出现因簇头数目和分布位置不合理导致网络寿命短的情况，为减少因簇头选择造成的网络能耗，本文采用一种基于多属性决策逼近理想解排序法(TOPSIS)的簇头选择算法，该算法综合考虑了节点的剩余能量、邻居节点数量、与基站的距离和传输范围选择簇头，基于四个选择标准使用Pareto最优解选择一组簇头，进而通过TOPSIS法进行排序选出最佳簇头。仿真实验结果表明本文方案具有较强的安全性，可以抵抗节点伪造攻击、消息重放攻击、拒绝服务攻击等无线传感器网络常见攻击，同时在网络连通率、存储开销、网络能耗等方面相对于传统方案有较大优势，可以应用于大型层簇式无线传感器网络。

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作者
梁濛;
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作者单位

西安理工大学;

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授予单位西安理工大学;
学科电路与系统
授予学位硕士
导师姓名王林;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;自动化技术及设备;
关键词
动态; 分簇; 无线传感器网络; 密钥;

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