2、可扩展无线传感器网络的多级动态密钥管理

可扩展无线传感器网络的多级动态密钥管理

1. 引言

随着微机电系统的发展，无线传感器网络（WSNs）在诸多领域得到广泛关注，如监控、目标跟踪、搜索救援、工业与环境监测、交通自动化、安全和医疗保健等。WSNs 使用小型电池供电的传感器节点，这些节点由传感、数据处理和无线通信组件构成，因此在数据处理能力、存储容量、传输范围和电源能力方面受到限制。

下一代传感器网络将具有长寿命和高动态性，包含多功能传感器节点。如今，“一次部署，多个应用”的概念成为趋势。要长期运行多个应用，降低功耗、改善电源和提高系统的生存能力是具有挑战性的任务。

随着传感器网络功能的增强和使用频率的增加，不仅生存能力，安全问题在关键任务（如军事应用）中也变得极为重要。在无线传感器网络中，实现安全的数据收集和聚合是巨大挑战，由于无线通信的广播性质和不受控的环境，构建无线链路的物理安全是不可能的。

为了实现安全通信，传感器节点之间的消息通常需要加密和认证。使用单一共享密钥不安全，因为对手可能轻易获取；为每对节点预配置唯一对称密钥的方案扩展性不佳，且添加新节点困难。公钥密码学（非对称密码学）虽可与其他节点建立安全密钥，但当前许多传感器节点计算能力和电池受限，使用公钥密码学进行加密会带来高昂的系统开销。因此，安全解决方案很大程度上依赖于强大而高效的密钥分发和管理。

2. 相关工作

密钥管理架构主要分为对称和非对称算法架构。对称密钥算法中，加密密钥和解密密钥相同；非对称密钥算法使用不同的密钥进行加密和解密，且不需要在通信节点之间进行安全的初始密钥交换。

由于传感器节点的限制，多数研究在设计 WSN 安全时倾向于对称密钥密码学。主要的密钥预分发方