23、安全高效的密钥管理方案解析

安全高效的密钥管理方案解析

在无线传感器网络（WSN）中，高效且安全的密钥管理对于保障网络通信的安全性和能源利用效率至关重要。本文将介绍一种新的基于集群的密钥管理方案 3DE_sec，它旨在解决现有方案存在的问题，实现更安全、更节能的网络通信。

现有密钥管理方案分析

在探讨 3DE_sec 方案之前，先来了解一下现有的几种密钥管理方案及其存在的问题。
- 随机密钥预分配（RPK） ：通过随机密钥预分配、共享密钥发现和路径密钥建立三个步骤保证节点间的安全认证。为增加网络连接权重，需增大每个节点存储的密钥环大小，这使得恶意攻击者通过节点妥协可获取更多密钥。虽有利用传感器节点部署信息的改进方法，但攻击者仍可在其他区域使用从受损节点获取的密钥，且该方法未考虑受损节点相互协作进行攻击的安全分析。
- LEAP ：提出了四种密钥，包括与基站（BS）共享的私钥、基站与网络中所有节点共享的广播组密钥、与其他传感器节点共享的成对密钥以及与多个相邻节点共享的集群密钥。由于私钥和组密钥在传感器节点部署前分配，恶意攻击者可能会破坏传感器节点。在基于主密钥的方案中，若传感器节点在初始化前被破坏，攻击者可在一分钟内获取传感器节点中存储的所有信息并生成 WSN 中使用的所有密钥。
- HIKES ：基站扮演信任认证角色并将部分角色分配给簇头（CH）。可从所有节点的部分密钥托管表生成密钥，节点可被选为 CH，数据聚合后通过 CH 间的消息交换将信息传输到基站。但该方法因传感器节点认证由基站执行，且每个节点需存储部分密钥托管表，需要额外的存储空间。恶意攻击者通过节点妥协获取部分密钥托管表后，