传感器网络中对偶密钥建立协议研究

传感器节点部署的随机性可能导致网络中出现孤立的密钥共享连通集团。为解决这一问题,提出了基于信任关系传递的多点信任模型,构造了基于信任域认证的对偶密钥建立协议。仿真结果表明：该协议具有良好的抗妥协性能,能够有效地实现孤立集团间的互联,从而验证了其安全性和有效性。

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第2 8卷第 1期 20 0 8年 1月 文章编号：0 1 9 8 ( 08 0— 0 2一 3 10— 0 12 0 ) 1 0 6 O

计算机应用 Co utrAp l ain mp e p i to s c

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传感器网络中对偶密钥建立协议研究 李平，吴佳英 (长沙理工大学计算机与通信工程学院，长沙 4 0 7 ) 10 6 (p g 18 13 cm) 1i 9 8@ 6 .o n

摘

要：感器节点部署的随机性可能导致网络中出现孤立的密钥共享连通集团。为解决这一问题，出了基传提

于信任关系传递的多点信任模型，构造了基于信任域认证的对偶密钥建立协议。仿真结果表明：该协议具有良好的抗妥协性能，能够有效地实现孤立集团间的互联，而验证了其安全性和有效性。从 关键词：钥建立；密对偶密钥；全协议；感器网络安传

中图分类号： P 0 T39

文献标志码： A

Re e r h o iwie k y e t b ih e tpr t c li e s r n t r s s a c fpar s e sa ls m n o o o n s n o e wo k L ig IP n .W U Jayn i—ig (colfC m uea dTl o mu i t n,C agh n e i Si c n ehooy hn saH nn4 0 7,C i ) Sho o p t n e cm n ai s h nsaU i rt o c neadTcnl,C a gh ua 106 hn o r e c o v syf e g a Ab t a t sr c:A u e fi ltd k y s a ig c mp n n O d b v i b e i i ls e s r n t o k . d e t a d m n mb ro oa e e— h r o o e tW u e a al l n w r e s s n o ew r s u o rn o s n l a e

d p o me t fs n o o e .I r e ov hs p o l m, mu t n d s t s d e a e n t s r lt n h p t n frwa e l y n e s rn d s n od rt s le t i rb e o o l— o e r tmo lb s d o r t eai s i r se s i u u o a p e e td ln t h o r s o d n e ut e s

a ls me tp o o o a e n a t e t ai n i r s f l . Smu ain rs n e,ao g wi t e c re p n ig rs l k y e tb ih n rtc lb s o u h n i t n tu ti d h s d c o e i lt o s o t a t e p e e td p oo o al a h e e i tr o n cin o o o e t e e t ey a el a ie p r r n e o h w t h r s ne r tc l c l c iv ne c n e t f c mp n ns f ci l, s w l s nc ef ma c n h o v o r s in e o e s rn d s i h ewok e i e c f n o o e n t e n t r .T u,t e s c rt a d efcie e so e p oo o r e f d l s h s h e u y n f t n s f h r tc l e v ri . i e v t a i e Ke r s e sa l h n; ar ie k y s c r y p oo o; e s rn t r y wo d:k y e tb i me t p i s e; e u t rt c l s n o ewok s w i

传感器网络 ( rl s e sr e o sWS ) Wi e no N t r, N中的对偶密 esS w k

这个约定，则无法说明密钥路径是安全的。因为，一般情况下， 对源节点“或目的节点而言，路径上的中间节点总是“多数方”而这与公平交换活动的信任假定是一脉相通的。, 节点的可认证性是选择中间节点的依据，否则将引发严重的问题，如在网络解耦中假设，他物理相邻的节点“其应该”正常转发逻辑相邻而物理不相邻节点间的密钥建立信 息。而这为敌方施加路由攻击和形成转发风暴造成了机会Ⅱ 敌方可以假冒中间节点，将需要传送的消息转发至敌方期望的地点，而不是目的地；或者敌方完全可以伪造消息，不断地

钥机制，网络中的任意两个节点能够建立安全加密通信，使得 在传感器网络的安全体系中具有重要的基础支撑作用…。 传感器网络中的对偶密钥建立过程包括三个部分，即密钥的预置阶段、在直接对偶密钥建立阶段中的密钥协商，以及间接对偶密钥建立阶段中的密钥传输。由于 WS N中的节点分布有随机性的特点，过一般所接受的密钥路径建立方通 式

一可能导致彼此封闭的孤立连通集团出现。

文献[] 8提出了协作认证的思想，即确定可信任节点的集合，通过接收可信任节点的认证回复信息，构造协作对偶密钥。 文献[]分析了节点之间存在的两类关系：类是逻辑关系， 9一 即节点之间是否共享密钥或其生成分量；另一类是物理关系，

要求中间节点进行转发，最后使中间节点能量耗尽而导致网络不可用。 3 )直接认证与委托认证定义 1信任关系。 假设成员节点的集合为 S对于任意，两个节点如“, 7 1 ,

即节点之间是否在彼此的通信范围以内，即物理相邻。该文献还提出了网络解耦的机制，认为： )并 1节点“仅满足逻辑相、 邻；)、逻辑不相邻， 2“存在 W点，“逻辑、有、物理皆相邻，且 W、逻辑相邻的条件下，以进行对偶密钥的建立。也可

s经过有限次的信息交换后，,节点“对节

点发送的消息 m进行验证， 若记为 H一类似地， 。若

…( m )=1则有“,信任 7 1

…( ,m )=1有一 H若彼，。

1多点的信任模型 1 )多点信任的特点由于节点特征的资源有限，不能建立直接对偶密钥的在情况下，必然要弓入可信任的中间节点。 l节点的上述这些特征与传统网络中的公平交换行为极为类似，即需要考虑参与活动的实体的信任问题。文献[O 1]对这类活动提出了建立信任的基本条件： 1 ( )在三个实体中间，假定最多只有一个节点是不可信任的；2 ( )参与密钥建立的节点不能过多地知道其他节点的敏感信息，即该节点是半可信任的；3任意两个节点 ()

此信任，记为H一。

定义 2信任关系的传递。 沿用上述定义的假设，若存在 节点 W,满足H一， + _ W,+则有H一。 +

定义 3信任域。 沿用上述定义的假设，若存在这样的一个集合 S,, V“ 域。

S, 若满足“

,称S则为一个信任

以一般的密钥路径构造为例，若存在一个节点 W, W都且在节点“和的通信范围内，“ W之间，且和以及和 W之间已 经共享了相应的对偶密钥， k,。如 k节点“ W之间，和以及

之间的消息交换必须有认证的过程。 2“ )多数方可信任”与“可认证” “多数方可信任”是多方信任模型的基本约定。

如果没有 收稿日期：0 7— 7—2修订日期：0 7—1 1。 20 0 7; 20 1— 0

和W之间可以通过对偶密钥建立信任关系。通过信任关系的传递，节点“和之间能够建立信任关系。

基金项目：湖南省教育厅优秀青年项目(6 0 5。 0 B 0 )

作者简介：李平(92,湖南新化人， 17一)男，副教授，士，博主要研究方向：网络与信息安全、动计算、移传感器网络；吴佳英 (97,, 17一)女 湖南桃江人，,讲师硕士，主要研究方向：人工智能、计算机网络。

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