87、无线传感器网络中基于硬件的随机数生成

无线传感器网络中基于硬件的随机数生成

1 引言

无线通信网络的新进展推动了低成本传感器网络的发展，这些网络由大量称为“motes”的传感器设备组成。这些设备体积小、计算能力有限且资源严重受限，可应用于军事、商业、健康、家庭和环境监测等多个领域。然而，这些传感器节点常部署在开放区域，易受到各种攻击，如消息篡改、监听流量、注入未授权消息、节点伪装或提供虚假信息等。

传感器网络的关键安全问题包括数据机密性、完整性、新鲜度、消息认证、访问控制、语义安全和消息重放保护等，解决这些问题依赖于密码学，因此需要精心设计密码学随机数生成器。在密码学中，随机数用于加密密钥、会话密钥、公钥生成和初始化向量等，整个密码应用的安全性取决于随机数的安全性。

本文提出了一种基于接收信号强度指示器（RSSI）的硬件随机数生成技术。RSSI用于测量接收到的无线电信号的功率，使用它的好处是通信运营成本低且无需额外硬件。基于RSSI读数生成的随机数可用于大量密码操作。

2 相关工作

2.1 软件与硬件随机数生成器的区别

随机数生成器（RNG）分为软件和硬件两种类型，它们生成随机数的方式有根本区别。
- 软件随机数生成技术 ：使用数学算法生成随机数，需要种子值进行初始化，种子值通常来自计算机中的重复事件，如按键间隔时间、鼠标移动、系统时钟或操作系统中的运行进程。因此，种子值容易被猜测，即使种子值难以猜测，一旦算法被发现，也能轻易生成重复的数字序列。此外，无线信道上的网络时序容易被监测，传感器时钟缓慢，时序也容易预测，所以软件随机数生成技术不安全。
- 硬件随机数生成技术