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基于特征向量的非随机WSN密钥预分配方法.docx
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2022-12-01
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基于特征向量的非随机WSN密钥预分配方法.docx
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1. 引言
无线传感器网络(WSN)的应用目前已经广泛存在于人们的日常生活工作中
[1-2]
, 也被定
义为一种任务型网络
[3-4]
.人们在这方面的研究一直在进行着(见下章),其中较为典型的是
1984 年 Blom 提出的方案
[5]
,但由于其方案设计的初衷并不是针对 WSN 网络,加之方案还
存在门限共谋风险,因此有学者对此方案进行了改进.其中有一类方案较为典型,即随机分
配方案(RDMS),它主要通过使用多个随机小秘密矩阵(或格,或多空间)的方法,可以保证
任意两个节点之间都可以连通,但也带来了新的问题.一是占用资源较大.每一个节点都需要
存储 τ 个小秘密矩阵 D′,在每次通信时均要进行公共小秘密矩阵的对比查找.二是仍然存在
共谋风险.在极端情况下,如果每次节点通信时候恰好都选到了同一个小秘密矩阵 D′,
RDMS 方案就等同于 Blom 方案.三是网络的扩展性不好.在新节点加入网络时,还需要重新
对 G 矩阵进行扩充,并再次分发.
针对此,本文提出一种 EBSC 方案.该方案利用特征向量性质,根据申请节点的类型,
针对性地进行秘密矩阵的动态生成,既解决了门限共谋问题,也解决了上述随机方案
(RDMS)中的部分连通问题,实现了网络的全连通,同时,方案还引入了节点单次身份认
证,大提高了网络的安全性能,特别是在网络规模更新阶段,优势更加明显.
2. 研究现状
近年来,不少研究者开始研究如何利用混沌系统进行 WSN 网络密钥管理,文献[6]设
计出一种 FEISTEL 网络下的定长 8bit 运算单元的混沌密钥管理系统.文献[7]提出一种
DSK(dynamic sub key)混沌密钥管理方案.近年来,基于矩阵的密钥协议设计和分析也成为
研究热点之一
[8-11]
.在典型的概率分配方案(RDMS)中,Du 等人提出方案
[12]
首次将概率论的
观点应用到改进方案中.王杨子等人提出了多空间的密钥预分配方案
[13]
.王淑华等人提出了基
于格的密钥预分配方案
[14]
,以概率方式输出认证消息,利用较少的步骤就能进行较高概率
的密钥协商.
3. 算法介绍
3.1 密钥分配过程
3.1.1 系统初始化阶段
(1) BS 选取 n 个实向量{a
1
, a
2
, …, a
n
},组成 n×n 对称矩阵 A,形如:
A=⎡⎣⎢⎢⎛⎝⎜⎜a11⋮an1⋯⋱⋯a1n⋮ann⎞⎠⎟⎟⎤⎦⎥⎥(aij=aji)A=[(a11⋯a1n⋮⋱⋮an1⋯ann)](aij=aji)
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