8、无线传感器网络密钥建立协议：HKey的创新与优势

无线传感器网络密钥建立协议：HKey的创新与优势

1. 引言

无线传感器网络通常由大量资源受限的传感器组成，每个传感器包含传感设备、数据处理单元、短程无线电设备和电池。这些网络被广泛应用于边境安全、军事目标跟踪和危险环境的科学研究等领域。由于传感器可能部署在无人值守或敌对环境中，安全成为至关重要的问题。攻击者可以轻易访问无线信道，拦截传输信息或散布虚假信息。为实现网络安全，需要使用认证和保密协议，而这些协议依赖于实体之间的共享密钥，因此密钥管理是无线传感器网络面临的最具挑战性的问题之一。

密钥管理协议主要基于对称或非对称加密函数。由于传感器资源有限，基于公钥的密钥管理协议并不适用，因此基于对称加密函数的密钥管理协议得到了广泛研究。对称密钥管理方案主要分为按需信任中心和密钥预分配两种类型。按需信任中心方案需要为每对希望建立安全连接的节点生成公共密钥，但由于无线传感器网络缺乏基础设施，该方案并不适用。密钥预分配方案则在部署前将密钥材料分发给所有节点，每个节点携带一组密钥以与其他节点建立安全连接。

目前已经提出了多种密钥预分配方案。一种简单的方法是使用一个预加载的唯一密钥，所有传感器使用该密钥进行数据加密和解密。这种方法在内存使用和处理开销方面效率很高，但存在严重的安全问题，一旦有一个传感器被攻击者捕获，整个网络的安全将受到威胁。另一种基本方案是为每对传感器生成一个独特的密钥并存储在传感器中，但该方案扩展性差，内存效率低，特别是在大规模网络中。此外，新节点加入网络时，与已部署的传感器没有公共密钥，无法建立安全连接。

为解决这些问题，本文提出了一种新的密钥建立协议HKey，旨在实现高效的资源消耗和完美的安全性。该协议类似于基本方案，每对传感器有一个唯一的公共密钥，但每个传感器