无线传感器网络安全关键技术研究 摘要:作为一种新兴的网络,无线传感器网络已经给我们在带来了诸多的便利。然而在 给我们带来全新体验的同时,无线网络也带来了巨大的信息安全挑战。从无线传感器网 络的加密技术、密钥的分配与管理和安全框架协议几个方面入手,分析了现行各种技术 的利弊,界定了其适用范围,并对今后的研究方向提出了一些看法。 关键词:无线传感器网络;安全技术;密钥管理;安全协议 无线传感器网络是由一定数量的传感器节点以无线通信技术自组织方式构成的网络 。目前已经得到广泛的应用。作为一种新兴的网络,无线传感器网络已经给我们带来了 诸多的便利,诸如无线上网、3G手机等等。然而在给我们带来全新体验的同时,无线网 络也带来了巨大的信息安全挑战。因此,本文将重点论述无线传感器网络安全的关键技 术。 1无线传感器网络的密钥管理分析 加密技术是无线传感器网络安全技术的基础,对于加密技术来说,密钥管理是其核心任 务。目前,无线传感器网络密钥管理技术大体可以分为:预共享密钥管理模型、基于密 钥池的随机密钥预分配模型以及基于KDC的分配模型。这几种模型各有所长,但应用中也 都存在不足之处,因此,需要对其适用范围加以界定。 1.1预共享密钥管理模型 预共享密钥管理模型是一种对称密钥管理,具体来说主要包括了全网预共享密钥模型和 点到点预共享密钥两种模式。全网预共享型仅在网络部署前为所有节点统一分配一个密 钥,从而缓解了各个传感器节点的压力,不需要建立大量的密钥通信,RAM占用和通信负 载较小,并且具有很强的网络可扩展性。但一旦出现部分节点被破坏的情况,那么整个 网络安全抵抗性就会大大降低,无法保证网络的后向机密性。且无法进行任意两个节点 的认证,容易受到各种假冒与复制攻击。所以这种密钥管理一般被应用于安全要求不高 且网络相对稳定的环境中。相对全网预共享密钥模型,点到点预共享模型则要求网络中 任两个节点间的预共享对一个不同的主密钥,有通信需求的两个节点可使用主密钥衍生 的密钥进行加密及节点身份认证。这种衍生密钥的计算复杂较低,保证了通信节点间10 0%的安全连通率,任一节点被拦截不会泄露其他任何信道。点到点预共享密钥模型要求 网络中的任意两个节点之间预共享一个不同的主密钥,需要通信的两个节点可以使用他 们预共享的主密钥衍生出来的密钥进行加密和对节点身份进行认证。然而由于其需要存 贮大量的主密钥,对于节点的存储要求较高,因此可支持的网络规模小,一般只有几十 个到上百个节点。且无法加入新节点。而任一节点被俘获后,攻击方易于通过该节点获 得与其他节点间的密钥,造成整个网络的安全受到威胁。 1.2基于密钥池的随机密钥预分配模型 基于密钥池的随即密钥预分配模型对于预共享模型来说,具有更强的网络扩展能力,可 以支持较大规模的网络。具体来说,这种模型密钥图的连通度与密钥池子集的选取相关 ,保证节点以一定概率共享密钥,所以计算负载相对较小,能够支持网络的动态变化。 然而一旦部分关键节点被攻破,那么这个网络的安全抗性就会大大减弱,会有更多节点 被攻破,造成密钥池密钥的大量泄漏,威胁其他正常节点的安全通讯。此外,该模型无 法做到节点的动态离开,且不支持网络的后向机密性,一般也无法对相邻节点的身份进 行认证。目前,较为熟知的q composite随机密钥预分配模型就属于基于密钥池的随机密 钥预分配模型。 1.3随机密钥对模型 随机密钥对模型安全性较高,攻击方几乎无法通过攻破部分节点来影响其他正常节点间 的安全通讯。且计算和通信负载小,能够支持节点的动态离开,保证及节点离开后的后 向安全。实现了节点间的身份认证,能够抵御各种复制节点攻击。但其网络扩展性较小 ,不能用于大规模部署节点的应用,所以仅能用于节点数目不多的场合。 1.4基于密钥分发中心的分配模型 现行的许多对称加密体制通过一个可信任第3方或密钥分发中心(Key Distribution Center,KDC)为网络中的两个节点提供简历共享的会话密钥。如,Kerberos,Needham Sc hroeder,Otway Rees等。这种分配模型具有十分明显的优势,一方面,其安全性较强, 对部分节点攻击具有较强抗性,部分节点被攻破不影响其他正常节点间的安全通信;另 一方面可以支持网络的动态变化,能保护节点的前向与后向安全,甚至能够完成两个网 络的合并分离等等。由于该模型的安全性很大程度上依赖于KDC的存储能力和计算力能力 ,因此在KDC具有较强能力时,支持较大网络规模,且可通过KDC实现节点间的认证。然 而,KDC本身的安全如果不能得到有效的保护,尤其在KDC中引入异构网络结构,将会威 胁到整个网络安全。但就目前情况来说,基于KDC 的分配模型比较适用于安全性要
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