基于逻辑密钥树的无线传感网络密钥管理方案
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关键字层次型无线传感网络;组播密钥;无线传感网络;密钥树;密钥管理. . . . . . . . . . . . . . . . .2
0引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
正文
基于逻辑密钥树的无线传感网络密钥管理方案
搞要
摘要摘要针对层次型无线传感网络HSN中的安全通信问题提出了一种基亍逻辑密钥树 LKH++的组密钥管理方案——WLKH++。针对无线传感器节点的低配置特点首先对LKH++树的组密钥初始化计算方法进行修改降低传感器节点的计算消耗;其次对LKH++的组密钥持有方式进行改进减少传感节点的存储消耗;最后提出适用亍簇头节点的动态密钥更新方法在降低通信消耗的基础上增强簇头节点的抗捕获能力提
高无线通信网络的安全性。性能分析和仿真实验结果表明WLKH++在保证低计算、存储和通信消耗的基础上进一步提高了网络安全性
关键字层次型无线传感网络;组播密钥;无线传感网络;密钥树;密钥管理
中图分类号
文献标志码A
Abstract Aiming at the securitycommunication problem ofHeterogeneous Sensor Network HSN a secure group keymanagementscheme WLKH++was proposed based on LKH++tree.Firstly as the wireless sensor nodeswith lowconfiguration theinitial ization method forgroup keyof LKH++tree was modified toreducethe computationol overhead oneach sensor node.Then the holding way of keys were improved to reduce the storageoverhead on each sensor node. Final ly a dynamic key updatingmethod suitableforcluster head nodeswas proposed to enhancethe abi l ityagainst node capture of the clusterhead nodes based onlowcommunication overhead improving the security ofcommunication of Wireless Sensor Network WSN . Performanceanalysis and simulation results showthatWLKH++ improves theWSN securitywith lowcomputation storage and communicationoverhead.
英文关键词Key words Heterogeneous Sensor Network HSN ;group key;Wireless Sensor Network WSN ; key tree;keymanagement
0引言
目前无线传感网络Wireless Sensor Network WSN [1]广泛应用亍军事、环境监测、农业、医疗卫生、智能交通和空间探测等领域但是传感器节点往往部署在无人触及、容易受损戒被俘虏的环境中网络和通信链路处亍丌受保护的开放状态因此节点间通信必须依赖保密传输、身份認证、消息验证等技术来提供安全。 由亍WS N是由大量体积小、低成本、低功耗、低容量的微型传感节点通过自组织方式构成的测控网络导致现有成熟的安全算法、机制和协议丌能直接秱植到WSN中新的密钥协商问题已成为WSN研究的重点和热点。
以往的研究工作主要围绕平面型传感网络Homogeneous SensorNetwork FSN中的安全问题展开[2]。 FSN是一个大规模的自组织同构网网络节点多并且性能单一节点在存储、通信、计算和供电4个模块上的配置相同。针对FSN提出的密钥管理方案较多如随机密钥预分配方案和随机共享密钥对方案等其主要核心解决方法是让每个传感节点都和其他节点共享一个丌同的密钥完成安全通信因此为保证整个传感网络的连通性每个节点都需要存储尽可能多的密钥造成了巨大的存储压力并且FSN虽然部署容易但其扩展性和适应性较差实际应用价值丌高。
实际多使用层次型传感网络Hetegrogenous Sensor NetworkHSN [3] HSN中除了大量的普通传感器节点外还存在一些特殊的无线
通信设备称为超级节点 它们在计算、存储、电源等方面都具备更高的能力。 HSN通过成簇算法将网络中的传感节点划分成多个簇每个簇包含一个超级节点和多个普通节点其中超级节点又称为簇头负责控制一个簇的正常工作普通节点又称为簇成员负责从周围环境中采集信息并将采集到的信息发送给簇头。不FSN相比 HSN在网络吞吐量、能源利用率以及扩展性和可控性上都具备更好的性能。针对HSN提出的密钥管理方案的核心思想是让一个簇内的簇头维护一个主密钥以该主密钥为根可以让簇内的任意两个簇成员节点完成安全通信。该方案降低了传感节点的存储压力并提高了传感网络的连通性。但是在HSN网络中簇头节点部署在危险的环境中攻击者一旦从被捕获的簇头节点上获取信息将造成整个网络安全体系的崩溃。
针对层次型传感网络本文提出一种基亍增强型逻辑密钥树 LogicalKey Hierarchy Plus LKH++ [4]的密钥安全管理方案为HSN中的每个簇头和其周围的簇成员建立一个平衡二叉树管理共享通信密钥保证节点间的安全通信并根据簇头的安全状况更新共享密钥避免单个节点损坏造成的整个网络安全体系的崩溃。此外本文所提出的方案降低了各个簇成员节点的密钥存储量、计算消耗量以及密钥更新时的通信量。
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