[发明专利]一种基于邻居发现的无线传感网络动态密钥管理方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感网络技术领域，涉及一种基于邻居发现的无线传感网络动态密钥管理方法。

背景技术

在当今信息技术飞速发展的时代，互联网为人们提供了快捷的通信平台，极大地方便了人们的信息交流，无线传感器网络技术的产生将彻底改变人类自古以来仅仅靠自身的触觉、视觉、嗅觉来感知信息的现状，极大的提高人类获取信息的准确性和灵敏度。作为信息时代的一项变革性的技术，无线传感器网络可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量详实、可靠的信息，真正实现“无处不在的计算”理念。无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域，具有十分广阔的应用前景，它的出现引起了全世界范围的广泛关注。美国《商业周刊》将无线传感器网络列为21世纪高技术领域中的四大支柱型产业之一，《技术评论》杂志也将其列为未来改变世界的10大新兴技术之首。可以预言，无线传感器网络的发展和广泛应用，将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大地推动力。

无线传感器网络往往部署在无人监管或容易受损被俘获的环境中，保证无线传感器网络的安全是应用中首先考虑的问题，其中密钥管理机制是保证无线传感器网络安全的核心机制。但是由于节点资源有限，无固定基础设施支持，节点易受损等问题，传统网络中的密钥管理机制往往不能直接应用于无线传感器网络中，安全问题一直是学术界研究的重点。

近年来，研究人员提出了大量应用于无线传感器网络的动态密钥管理方案，Moharrum和Eltoweissy提出了基于EBS的动态密钥管理方案，但该方案属于集中式密钥管理方案，不能适用于节点数目较多的大规模网络；Elwoweissy等人提出了基于EBS动态密钥管理方案LOCK，在分簇的基础上为簇内普通传感节点动态分配管理密钥，具有节点删除，密钥更新等功能，但存在共谋攻击的问题；Younis在层次式WSN里提出基于位置信息的EBS动态密钥管理方案SHELL，该方案能够有效抵御节点共谋攻击，但是该方案需要节点具有定位能力获得节点的具体位置，且网络拓扑结构发生变化后，该方案抵抗共谋攻击的能力下降。

EBS是由Eltoweissy等于2004年提出的一种分层式的基于组合优化原理的应用于无线传感器网络中的组通信密钥管理方案(ELTOWIEISSYM,HEYDARIH,MORALESL,etal.Combinatorial optimization of key management in group communications[J].Journal of Network and Systems Management,2004,12(1):33-50)。EBS系统通常表示为集合（n,k,m）,其中n为每一组传感器节点的数量，k+m表示每一组传感节点所拥有的管理密钥的总量，k表示每个节点分配的管理密钥的数量，m为密钥更新的信息数。EBS系统是由包含部分节点的子集（A1,A2,A3……）构成的集合Г。每个子集A是由一系列含有同一管理密钥的节点构成的集合。该理论包括以下定理：

定理1当时k+m中的任意k+m个组合均可以构成EBS（n,k,m），从而形成一个EBS动态密钥分配方案。

定理2通过广播最多m个数据包动态取消或更新任意节点所有的k个密钥，从而实现节点的删除。

假设传感节点N1被捕获，则需要通过密钥k4和k5取消并更新节点N1拥有的密钥k1，k2，k3删除节点N1：