论文摘要
无线传感器网络作为一种新兴的无线网络,将信息世界与客观世界融合在一起,改变了人与自然界的交互方式,其动态的拓扑结构、恶劣的工作环境以及有限的资源等特点,使其更易遭受各种安全风险和威胁。密钥管理是无线传感器网络安全研究的基础与热点,解决密钥管理问题具有十分重要的意义。本文深入研究了无线传感器网络的特点,分析了无线传感器网络安全技术的需求、挑战、威胁与策略,在重点研究无线传感器网络密钥管理技术与方法的基础上,指出了现有密钥管理方案存在的问题与不足。通过平面格密钥预置,给出了一种基于平面格密钥预分配的无线传感器网络密钥管理方案PGKP,方案的能量消耗与存储开销较低,理想条件下,所有邻近节点可以直接建立对偶密钥,但方案的安全性不高;为了提高PGKP方案的安全性,利用三维格密钥预置,提出了一种基于三维格密钥预分配的无线传感器网络密钥管理方案TGKP,方案的存储开销较小,在一定的能量消耗前提下具有更高的安全性。针对预分配的密钥管理方案不能满足部分用户对安全性要求的缺点,提出了一种基于ECC的无线传感器网络密钥管理方案EKMS。方案很好地解决了预分配密钥管理方案存储不相关节点密钥信息的缺点,同时,还可以进行动态的密钥管理。通过扩展与设计TinyOS中无线传感器网络密钥管理相关组件与数据结构,利用TOSSIM仿真分析了TGKP方案和EKMS方案的初始化、密钥协商以及新节点加入的网络性能,对所提方案的有效性进行了验证。