18、基于集群的传感器网络密钥预分配与认证机制

基于集群的传感器网络密钥预分配与认证机制

1. 传统多项式密钥预分配方案及其局限性

在传感器网络安全领域，传统的多项式密钥预分配方案是保障通信安全的重要手段。其中，有方案会将目标区域划分为多个小区域，即“单元”，每个单元关联一个独特的随机二元多项式。设置服务器会给每个传感器分配属于其预期所在单元及相邻单元的多项式份额。

1.1 传统方案的工作方式

• 服务器会将多项式 (f_i(z,y)) 和 (f_j(z,y)) 的份额分配给节点，同一行或列的传感器节点可基于此信息进行份额发现和路径发现。
• 对于每个传感器，服务器先确定其归属单元，再找出相邻的四个单元，最后分配归属单元坐标及相关多项式份额。部署后，若两个传感器能找到至少一个相同多项式，就可直接基于基本多项式密钥预分配建立共同的成对密钥。

1.2 传统方案的局限性

• 密钥建立概率问题 ：即便从多项式池中选择多项式，共同多项式不存在的概率仍较高，且池大小会影响密钥建立概率。
• 易受攻击风险 ：在基于网格的密钥预分配方案中，若多个多项式被泄露，使用这些多项式的同一行或列的所有传感器节点都可能遭受攻击。而基于位置的密钥预分配方案中，位于五个相邻单元的传感器共享相同多项式，一个多项式的泄露可能导致大量传感器节点面临攻击。

2. 基于集群的密钥预分配机制

为解决传统方案的局限性，提出了基于集群的密钥预分配机制，该机制将聚类与多项式密钥预分配技术相结合。

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