無線傳感網(wǎng)絡(luò)安全改進方案研究

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　　隨著相關(guān)技術(shù)的進步，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用面越來越廣，隨之而來的是在不同場合中對數(shù)據(jù)安全的要求也越來越高。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)本身拓撲結(jié)構(gòu)的特殊性和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)造的限制，應(yīng)用于普通互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的對稱和非對稱數(shù)據(jù)加密方法已無法滿足無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全的要求。需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點，選擇新的數(shù)據(jù)加密方法，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全。

　　1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀

　　無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點主要由傳感模塊、運算處理模塊、無線傳輸模塊和電源模塊4部分組成。工作時將大量傳感器的節(jié)點分布于感興趣的區(qū)域，節(jié)點通過自組織方式快速形成一個無線網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點都有自己控制的一個區(qū)域，通過感知設(shè)備，如溫度、濕度、聲音或光學(xué)設(shè)備，化學(xué)分析裝置，電磁感應(yīng)裝置等，對周圍的物理環(huán)境進行監(jiān)控，也可以通過配置一些專用的功能單元來實現(xiàn)與特定環(huán)境交互的功能。無線傳感器節(jié)點采用電池供電，由于受到體積、價格等因素的影響，電池的容量一般不是很大。傳感器節(jié)點個數(shù)多，成本要求低廉，分布區(qū)域廣，部署區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，有些區(qū)域甚至人員不能達到，通過更換電池的方式來補充傳感器節(jié)點能源是不現(xiàn)實的。因此在傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中，任何技術(shù)和協(xié)議的使用都要以節(jié)能為前提，設(shè)計有效的節(jié)能策略，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期已成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。網(wǎng)絡(luò)傳輸加密也必須采取節(jié)能的數(shù)據(jù)加密方法。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有嚴格的資源限制，需要設(shè)計低開銷的通信協(xié)議，但同時會帶來嚴重的安全問題。一方面，入侵者可以比較容易地進行服務(wù)拒絕攻擊;另一方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源嚴格受限，以及節(jié)點間自組織協(xié)調(diào)工作的特點，使其難以實現(xiàn)嚴密的安全防護。由于低成本的限制，一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只能采用單頻率通信機制。入侵者通過頻率掃描的手段就可以很容易地捕獲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作頻率，通過在網(wǎng)絡(luò)中植入偽裝節(jié)點，采用各種手段發(fā)動攻擊。

　　目前常用的安全策略是使用時變密鑰加密的方法對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的信息進行加密。時變加密就是連續(xù)的廣播信息單元在傳輸之前，使用一個從密鑰串中按一定的算法選取不同的密鑰對需要傳輸?shù)男畔卧M行加密。網(wǎng)絡(luò)中的傳感節(jié)點在不同的信息單元和不同的時間擁有的密鑰不同，通過使用單向的哈希算法生成一系列的密碼，一個根密碼值通過反復(fù)的哈希計算產(chǎn)生一系列的密鑰，密鑰系列以反向的順序用來對連續(xù)的數(shù)據(jù)包進行加密，這種方法可以產(chǎn)生加密機制。接收器可以通過對接收的密碼進行哈希計算，將計算的結(jié)果同老的密碼進行比較，如果與舊密碼相同，則密鑰有效，否則密鑰失效。這種機制保證密碼確實來自同一個源，單向的哈希算法保證接收器可以使用下一個密鑰，但不能偽造密鑰。工作原理如圖1所示。

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　　當(dāng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點分布時，通過靜態(tài)輸入或者通過密鑰管理模式對每個節(jié)點初始化密鑰，每一個節(jié)點都有相同的初始密鑰，在傳輸過程中，數(shù)據(jù)包使用根密鑰進行加密，下一個密鑰同數(shù)據(jù)包一同傳輸;接收器使用根密鑰對數(shù)據(jù)包進行解碼，并將密鑰的哈希算法值與舊密鑰進行比較，如果相同就將新密鑰替換舊密鑰，作為下一次數(shù)據(jù)包解碼的密鑰。這樣的密鑰解密使用的是對稱加密的方法，運算的強度大大小于非對稱加密算法。但由于密鑰的不固定性，使監(jiān)聽和破譯的難度加大，因此可以很好地滿足無線開放數(shù)據(jù)傳輸同時要求低耗能的要求。