无线传感网安全接入技术的研究综述.docx
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无线传感网安全接入技术的研究综述
无线传感网安全接入技术的研究综述
近年来,无线传感网在实际应用中得到越来愈多的部署,并逐渐渗透到军事探测、资源保护等数据敏感领域。
无线传感网的安全性是这些应用得以实施的重要保障,它使得无线传感网能够排除干扰者的攻击,正常地与用户进行交互,为正确决策提供数据依据。
然而,由于无线传感网中节点受能量、存储空间、计算能力和自身安全的限制,使得保证无线传感网的安全性成为了一个巨大的挑战。
本论文对当前的一些安全技术:
密钥管理、安全路由、入侵检测、数据融合和节点安全定位五个方面进行了调研综述。
1、针对无线传感网环境下的密钥管理技术进行调研,分析和归纳了E-G方案、多路径密钥增强方案、q-composite方案、Blom及其衍生方案、LIU-NING+B预分配方案、基于位置等辅助信息的密钥管理方案(D-P方案)、基于组合设计理论的预分配方案、基于节点属性设置的密钥管理方案、SPIN协议、基于非对称密码体制的密钥管理方案和密钥更新方案11种具有代表性的密钥管理协议和方案,对比分析它们的优缺点。
2.针对无线传感网环境下的安全路由技术进行调研,分析和归纳了LEACH路由协议、GEAR路由协议2种典型的安全路由协议,对比分析了它们的优缺点。
3.针对无线传感网环境下的入侵检测技术进行调研,分析和归纳了基于隐马尔可夫模型的入侵检测机制、基于博弈论的入侵检测机制和基于分簇算法的入侵检测机制3种典型的入侵检测机制,对比分析了它们的优缺点。
4.针对无线传感网环境下的数据融合技术进行调研,分析和归纳了基于Merkle-hash树的点到点安全数据融合协议、基于数字签名的点到点安全数据融合方案和基于数字水印的数据融合方案3种典型的数据融合技术,对比分析了它们的优缺点。
schemetotalelevenkindsofrepresentativekeymanagementprotocolsand
schemes.Compareandanalyzetheiradvantagesanddisadvantages.
2.Conductresearchonsecureroutinginwirelesssensornetwork
environment,AnalyzeandsummarytheLEACHroutingprotocolandtheGEAR
routingprotocoltwokindsoftypicalsecureroutingprotocols.Compare
andanalyzetheiradvantagesanddisadvantages.
3.Conductresearchonintrusiondetectioninwirelesssensornetwork
environment.Analyzeandsummarytheintrusiondetectionmechanismbased
onhiddenMarkovmodel,theintrusiondetectionmechanismbasedongame
theoryandintrusiondetectionbasedonclusteringalgorithmtotalthree
kindsoftypicalintrusiondetectionmechanisms.Compareandanalyzetheir
advantagesanddisadvantages.
4.Conductresearchondatafusiontechnologyinwirelesssensornetwork
environment.Analyzeandsummarythepoint-to-pointsecuredatafusion
protocolbasedontheMerkle-hashtree,point-to-pointsecuredata
fusionschemebasedonthethedigitalsignatureandthedatafusion
schemebasedondigitalwatermarkingtotalthreekindsoftypicaldata
fusiontechnology.Compareandanalyzetheiradvantagesanddisadvantages.
5.Conductresearchonnodesecuritypositioningtechnologyinwireless
sensornetworkenvironment.Analyzeandsummarythepositioningmethod
ofTDOA,thepositioningmethodofAOA,thepositioningmethodof
RSSI,thepositioningmethodofcentroidandthepositioningmethodofAPIT
totalfivekindsoftypicalnodesecuritypositioningtechnologies.
Compareandanalyzetheiradvantagesanddisadvantages.
Finally,asummaryofthefulltextandprospectsthefuturedirectionof
developmentofwirelesssensornetwork.
Keywordswirelesssensornetworksecuritysecureroutingintrusion
detectionkeymanagementdatafusionnodesecuritypositioning
图5-1HMM状态变迁图30
图5-2基于HMM的传感器网络入侵检测机制图31
图7-1TDOA定位方法示意图37
图7-2APIT算法原理图39
图7-3APIT算法示例图40
表1.1美国有关大学的无线传感网研究项目和组织4
表2.1安全技术所在层次及其能够防范的攻击类型表12
表3.1无线传感网密钥管理技术分类表15
表6.1安全数据融合协议的比较表35
表7.1无线传感网环境下的密钥管理技术分析表41
表7.2无线传感网环境下的安全路由技术分析表42
表7.3无线传感网环境下的入侵检测技术分析表表43
表7.4无线传感网环境下的数据融合技术分析表43
表7.5无线传感网环境下的节点安全定位技术分析表44
1111引言引言引言引言
无线传感网络作为一种有效的无线数据获取网络,可以以大量的廉价微型传感器
节点方便的配置到人类无法接近或对人类有害的地区,协作地感知、采集和处理网络
覆盖区域中感知对象的信息,并发给用户,从而极大地扩展了现有网络的功能和人类
认识世界的能力。
由于它廉价、可动态配置、自组织和良好的可扩展性,无线传感网
络被越来越多的关注和应用。
由于无线传感网被大量的应用于军事和商业领域,其安
全性也被越来越多的关注。
本文概括分析了与无线传感网有关的安全技术。
1111....1111无线传感网络概述无线传感网络概述无线传感网络概述无线传感网络概述
20世纪90年代以来,嵌入式系统、无线通信、分布式信息处理技术、网络、微电
子机械系统、低功耗的模拟和数字电路技术的快速发展使得开发小体积、低成本、低
位,既是信息的采集者,也是为其他节点传送信息的转发者,网络中节点通过分布式
算法协调彼此的行为。
(2)网络自组性。
网络的连通无需人工干涉或者其他预先设置的网络设备,可以
在任何地点、任何时间抛撒节点,并自动形成组网,建起一个移动通信网络。
网络的
运行维护管理等完全在网络内部实现,无线传感网还需要一些基站节点来建立无线传
感网与外界的联系,但各传感器节点构成的网络依然是一个自组织的无线网络。
由于
网络的自组性,使网络不存在单节点失效等问题,提高了网络的鲁棒性和抗毁性。
(3)网络拓扑易变化性。
在无线自组织网络中,由于多种因素,除了节点移动带
来了网络拓扑变化外,传感器节点的功率控制和剩余电量下降等因素也会导致网络拓
扑变化,即节点的移动、退出、加入等,使网络的拓扑结构在不断的变化中,且这种
拓扑的变化无规律性,也无法预测。
另外根据应用需要,网络中有些节点可能进入休
眠状态,从而引起工作节点在数目和分布上的变化,导致拓扑结构的改变。
(4)无线传输的局限性。
由于无线信道传输的物理特征,如信道的带宽资源有限、
使用公共的传输频段等,使传输的信号极容易产生冲突和衰减,也容易受到外界的干
扰和破坏,是网络的通信协议设计和实际应用面临巨大的挑战。
(5)路由的多跳性。
无线传感网采用多跳路由机制。
由于节点发射功率的限制,
节点的通信覆盖半径有限,当要与其他覆盖范围的节点通信时,需要通过其他中间节
点转发。
(6)安全的脆弱性。
由于采用无线信道传输技术、分布式控制技术以及资源有限
传感网的产生和发展。
无线传感网的研究始于20世纪90年代,最早由美国在军方应
用和推广,我国也几乎同时起步,首次正式出现于1999年中国科学院《知识创新工
程试点领域方向研究》的一项“重点地区灾害实时监测、预警和决策支持示范系统”
报告中。
早在20世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器
而构成传感器网络的雏形,随着相关科学的不断发展和进步,传感器网络同时还具有
了对获取的多种信息信号综合处理的能力,并通过与传感控制器的相连,组成了有信
息综合和处理能力的传感器网络,随现场总线技术开始应用于传感器网络,大量多功
能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感网逐渐形成。
无线传感网是集分布
式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,以其低成本、微型化、
低功耗和灵活的组网方式及适合移动目标等特点受到广泛重视。
1.3.2无线传感网国内外研究现状
表1.1是目前美国一些比较著名的院校研究机构及其承担项目的情况[19]。
无线传感网安全接入技术的研究综述(5):
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- 无线 传感 安全 接入 技术 研究 综述