7、NLM-MAC：无线传感器网络中的轻量级安全数据通信框架

NLM-MAC：无线传感器网络中的轻量级安全数据通信框架

1. 引言

无线传感器网络（WSNs）是一种广泛应用的智能技术，能为实时环境提供以用户为导向的优质解决方案。它的应用范围十分广泛，涵盖栖息地监测、监控、定位跟踪、农业监测、结构监测、野生动物监测和水质监测等领域。此外，许多应用还需要对处于火灾、有毒气体泄漏和爆炸等关键条件下的物理环境进行精细监测。传感器通过无线通信将环境数据传输到汇聚节点，为无人值守的物理环境监测提供了经济有效的解决方案。同时，WSNs的普遍性使得用户能够随时随地以自组织的方式访问环境数据。

单个节点通常由板载传感器、低计算能力的处理器、有限的内存和无线带宽组成。例如，一个典型的资源受限节点配备8 MHz微控制器，拥有128 KB只读内存和10 KB程序内存，并且由电池供电，可自主运行。大多数WSNs是自组织的，能够自主决策，成为分布式管理和控制系统的一部分。

然而，由于WSNs处理的是实时敏感数据，且传感器节点的无线特性使其容易受到攻击，因此安全问题一直是基于无线通信应用的重要关注点。与资源丰富的网络（如局域网和广域网）相比，为资源受限的WSNs提供安全保障是一项艰巨的任务。虽然WSNs的安全需求与传统网络相同，包括机密性、认证、可用性、新鲜性和完整性，但现有的加密协议在内存和计算方面对传感器节点来说仍然成本较高。

目前，已经有许多加密协议被引入以保障WSNs的链路层安全，这些协议主要基于分组密码（如SPINS、TinySec、MiniSec）或公钥密码系统（如TinyPK）和椭圆曲线密码学（如TinyECC和WMECC）。但由于传感器节点的内存和计算能力有限，这些协议在实际应用中存在一定的局限性。另一方面，流密码具有结构简单、计算速度快的优