26、无线传感器网络中的密钥管理方案解析

无线传感器网络中的密钥管理方案解析

1. 引言

无线传感器网络在健康、军事和安全等众多领域有着广泛的应用前景。然而，随着传感器网络逐渐走向大规模部署，安全问题成为了核心关注点。由于传感器网络具有自组织性、动态拓扑和资源受限等特点，实现有效的密钥管理以保障数据的机密性和认证性是一项极具挑战性的任务。

传统的非对称加密技术计算复杂度高，不适合资源受限的传感器节点；而对称加密技术在节点被攻破时会使整个网络面临安全风险。因此，需要一种既能满足分布式无线传感器网络的操作需求，又能保障安全的密钥管理方案。该方案还应支持数据聚合以提高能源效率，以及支持看门狗机制以增强安全性，并且具有通用性，能够适用于各种传感器网络协议。

2. 背景知识

2.1 无线传感器节点

在相关研究中，采用了伯克利的节点（Berkeley’s motes）作为硬件，其软硬件发展较为成熟。加利福尼亚大学伯克利分校提供开发支持，Crossbow Technologies, Inc. 则将这些节点商业化。

2.2 无线传感器网络的假设条件

• 节点部署与通信 ：传感器节点随机部署在环境中，所有节点将数据报告给单一的基站。传感器节点计算能力和能源有限，但基站被假设为具有无限能力的计算机系统，且基站是可信的。
• 路由协议 ：采用分布式泛洪路由协议来形成网络拓扑。基站通过广播信标消息发起路由发现，每个节点接收到信标消息后更新邻居信息并继续广播。
• 通信阶段 ：路由发现阶段（信标