[發明專利]一種基于鄰居發現的無線傳感網絡動態密鑰管理方法

有效

• 申請號: 201310187555.7
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103220668A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 尚鳳軍;周永奎;許可
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W12/04
• 分類號: H04W12/04;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于無線傳感網絡技術領域，涉及一種基于鄰居發現的無線傳感網絡動態密鑰管理方法。

背景技術

在當今信息技術飛速發展的時代，互聯網為人們提供了快捷的通信平臺，極大地方便了人們的信息交流，無線傳感器網絡技術的產生將徹底改變人類自古以來僅僅靠自身的觸覺、視覺、嗅覺來感知信息的現狀，極大的提高人類獲取信息的準確性和靈敏度。作為信息時代的一項變革性的技術，無線傳感器網絡可以使人們在任何時間、任何地點和任何環境條件下獲取大量詳實、可靠的信息，真正實現“無處不在的計算”理念。無線傳感器網絡是計算機科學技術的一個新的研究領域，具有十分廣闊的應用前景，它的出現引起了全世界范圍的廣泛關注。美國《商業周刊》將無線傳感器網絡列為21世紀高技術領域中的四大支柱型產業之一，《技術評論》雜志也將其列為未來改變世界的10大新興技術之首。可以預言，無線傳感器網絡的發展和廣泛應用，將對人們的社會生活和產業變革帶來極大的影響和產生巨大地推動力。

無線傳感器網絡往往部署在無人監管或容易受損被俘獲的環境中，保證無線傳感器網絡的安全是應用中首先考慮的問題，其中密鑰管理機制是保證無線傳感器網絡安全的核心機制。但是由于節點資源有限，無固定基礎設施支持，節點易受損等問題，傳統網絡中的密鑰管理機制往往不能直接應用于無線傳感器網絡中，安全問題一直是學術界研究的重點。

近年來，研究人員提出了大量應用于無線傳感器網絡的動態密鑰管理方案，Moharrum和Eltoweissy提出了基于EBS的動態密鑰管理方案，但該方案屬于集中式密鑰管理方案，不能適用于節點數目較多的大規模網絡；Elwoweissy等人提出了基于EBS動態密鑰管理方案LOCK，在分簇的基礎上為簇內普通傳感節點動態分配管理密鑰，具有節點刪除，密鑰更新等功能，但存在共謀攻擊的問題；Younis在層次式WSN里提出基于位置信息的EBS動態密鑰管理方案SHELL，該方案能夠有效抵御節點共謀攻擊，但是該方案需要節點具有定位能力獲得節點的具體位置，且網絡拓撲結構發生變化后，該方案抵抗共謀攻擊的能力下降。

EBS是由Eltoweissy等于2004年提出的一種分層式的基于組合優化原理的應用于無線傳感器網絡中的組通信密鑰管理方案(ELTOWIEISSYM,HEYDARIH,MORALESL,etal.Combinatorial?optimization?of?key?management?in?group?communications[J].Journal?of?Network?and?Systems?Management,2004,12(1):33-50)。EBS系統通常表示為集合（n,k,m）,其中n為每一組傳感器節點的數量，k+m表示每一組傳感節點所擁有的管理密鑰的總量，k表示每個節點分配的管理密鑰的數量，m為密鑰更新的信息數。EBS系統是由包含部分節點的子集（A1,A2,A3……）構成的集合Г。每個子集A是由一系列含有同一管理密鑰的節點構成的集合。該理論包括以下定理：

定理1當時k+m中的任意k+m個組合均可以構成EBS（n,k,m），從而形成一個EBS動態密鑰分配方案。

定理2通過廣播最多m個數據包動態取消或更新任意節點所有的k個密鑰，從而實現節點的刪除。

假設傳感節點N1被捕獲，則需要通過密鑰k4和k5取消并更新節點N1擁有的密鑰k1，k2，k3刪除節點N1：