24、无线传感器网络中的密钥管理

无线传感器网络中的密钥管理

1. 引言

随着处理和通信硬件小型化的不断发展，无线传感器及其网络在众多应用中得到了广泛使用。然而，仍有许多研究挑战有待解决，其中保护传感器数据通信是最重要的挑战之一。

无线传感器通常部署在恶劣环境中，且几乎没有基础设施支持。例如，传感器可能从飞机上投放到战场上用于目标识别。恶意用户可能会窃听传感器之间传输的数据，并且由于传感器通常不具备防篡改能力，部分传感器可能会被对手捕获并重新编程以用于恶意目的。

为保护传感器数据通信，关键步骤是在传感器之间建立加密密钥，以构建安全的通信链路。由于传感器体积小、电源有限，通常认为其无法采用公钥密码系统等复杂的加密技术。因此，对称加密被认为是最可行的方法。

设置通信传感器之间的成对对称密钥是建立数据交换所需互信的重要步骤。最直接的方法是使用集中式密钥分发中心（KDC），但在大规模部署中，这并不可行，因为KDC可能超出某些远程传感器的传输范围，且是单点故障。

无线传感器网络的拓扑结构有两种可能的系统架构：分层传感器网络和全分布式传感器网络。在分层传感器网络中，一些传感器更强大，可作为控制节点提供资源管理和密钥分发。但在许多实际情况下，假设两种类型的传感器进行结构化部署是不可行的。因此，本文主要关注全分布式传感器网络，其中传感器随机部署，难以控制或预测其位置。

在全分布式传感器网络中，设置成对加密密钥通常涉及四个阶段：预分发、发现、路径密钥建立和撤销。预分发是在部署前由设置服务器将密钥存储在每个传感器中的过程。部署后，附近的传感器可以通过检查是否有共享密钥来建立安全密钥，这是密钥发现阶段。如果两个传感器没有共同密钥，则需要中间传感器建立路径来进行通信，这是路径密