【正文】 數(shù)據(jù)采集模塊：由一組傳感器和數(shù)模轉換裝置構成的數(shù)據(jù)采集模塊負責將周圍環(huán)境的物理現(xiàn)象轉換成數(shù)字信號，例如測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號，從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多用戶感興趣的物理現(xiàn)象。傳感器節(jié)點一般由數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊這四部分組成。[7]圖11 無線傳感器網(wǎng)絡體系結構傳感器節(jié)點是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，計算能力、存儲能力和通信能力非常有限，能量也很有限。在通信方式上，雖然可以采用有線、無線、紅外和光等多種形式，但一般認為短距離的無線低功率通信技術最適合傳感器網(wǎng)絡的使用，為明確起見，一般稱無線傳感器網(wǎng)絡（ Sensor Network）。WSN技術涉及的研究領域非常廣泛，其中有相當一部分集中在網(wǎng)絡層的路由協(xié)議、鏈路層的MAC協(xié)議、系統(tǒng)節(jié)能策略以及同步和定位等共性技術。WSN是由大量密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能節(jié)點構成的一種網(wǎng)絡應用系統(tǒng)，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)。因為WSN采用多跳的傳播和無基礎設施網(wǎng)組，在野外或戰(zhàn)場等惡劣且偏遠的環(huán)境中，在電力系統(tǒng)以及運營通信網(wǎng)絡覆蓋不到的地方，卻往往是傳感器網(wǎng)絡大有用武之地，依靠計算機等功率較大的設備實現(xiàn)對野外目標探測傳感器的實時監(jiān)控并實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡的遠程訪問是不現(xiàn)實的，采用低功耗單片機或微控制器組成的系統(tǒng)，利用以太網(wǎng)供電技術可以在一定范圍內(nèi)拓展以太網(wǎng)的覆蓋范圍，延伸了WSN接入點的作用半徑，成為具有實用和研究意義的課題。其四，無線傳感器網(wǎng)絡中的大部分節(jié)點不像傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡中的節(jié)點一樣快速移動，因此沒有必要花費很大的代價頻繁地更新路由表信息。其二，無線傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的流向是多對一的，需要的信息一般是來自一個區(qū)域，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合后，得到需要的信息，再傳送到目的節(jié)點——sink節(jié)點，由其統(tǒng)一交付給用戶。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一般搭載一個或多個傳感器，感知物理世界。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日目 錄教師評語　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅰ答辯記錄　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅱ畢業(yè)設計任務書 Ⅲ畢業(yè)設計開題報告 Ⅳ中英文摘要 　　 V引言................................................................1第一章 無線傳感器網(wǎng)絡的基礎知識....................................3 無線傳感器網(wǎng)絡的概述........................................3 無線傳感器網(wǎng)絡體系架構......................................3 無線傳感器網(wǎng)絡的安全需求....................................5 無線傳感器網(wǎng)絡的安全協(xié)議....................................6 概述................................................6 無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術............................6 無線傳感器網(wǎng)絡的重要性..............................9第二章 無線傳感器網(wǎng)絡安全性分析...................................10 攻擊種類...................................................10 無線傳感器網(wǎng)絡的防范對策、安全協(xié)議概述......................11 路由安全協(xié)議.......................................11 密鑰管理協(xié)議.......................................14 安全定位協(xié)議.......................................16第三章 無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理協(xié)議有效方案設計.....................18 無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理的安全性能...........................18 典型的無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理的方案和協(xié)議...................18 Eschenauer隨機密鑰預分配方案.......................18 對EG方案的幾種改進...............................19 基于柵格的密鑰預分配方案...........................22 基于組合論的密鑰預分配方案.........................23 SPIN協(xié)議及LEAP協(xié)議................................23 基于IBC的密鑰預分配方案...........................25第四章 總結.......................................................29參考文獻...........................................................30引言隨著微電子技術和MEMS技術的不斷進展，作為信息獲取最基本和最重要的技術——傳感器技術，也得到了長足發(fā)展。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。桂林航天工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文）桂林航天工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計 題目：無線傳感器網(wǎng)絡的安全方案設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。伴隨著信息時代網(wǎng)絡化的進程，傳感器信息獲取技術已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡化發(fā)展。它采用多跳的傳播和無基礎設施組網(wǎng)，節(jié)點既是信息的采集和發(fā)出者，又充當信息的路由者，具有規(guī)模大、自組織、動態(tài)性、應用相關、以數(shù)據(jù)為中心等特點。其三，傳感器節(jié)點電能和存儲容量都很有限。由于是無線傳輸、電池供電、覆蓋范圍和節(jié)點生存期受到一定的限制。第一章 無線傳感器網(wǎng)絡的基礎知識 無線傳感器網(wǎng)絡的概述無線傳感器網(wǎng)絡是當前國際上備受關注的由多科學交叉的新興前沿研究熱點領域。廣泛運用于設施安全、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)應用、交通控制等。WSN應用的目標是協(xié)作的感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋地區(qū)中感知對象的信息，并發(fā)給觀察者，因此它的三個要素是傳感器、感知對象和觀察者。[6] 無線傳感器網(wǎng)絡體系架構無線傳感器網(wǎng)絡結構如圖11所示，傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點（sensor node）、匯聚節(jié)點（sink node）和管理節(jié)點。傳感器節(jié)點除了進行本地信息的收集之外，還要對其他節(jié)點轉發(fā)來的數(shù)據(jù)進行融合。數(shù)據(jù)采集模塊負責數(shù)據(jù)的采集和轉換，處理器模塊負責數(shù)據(jù)處理，無線通信模塊負責與其他節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，能量供應模塊負責運行所需的能量，通常采用微型電池。數(shù)據(jù)采集模塊提供了采集信息的能力，將數(shù)字世界與物理世界聯(lián)系起來。無線通信模塊提供了傳輸信息的能力，將單獨的無線傳感器節(jié)點聯(lián)接成為協(xié)作網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡的開放性分布和無線廣播通信特征存在安全隱患，而不同的應用背景的無線傳感器網(wǎng)絡對信息提出了不同的保護需求。完整性要求網(wǎng)絡節(jié)點收到的數(shù)據(jù)包在傳輸過程中未被插入、刪除、篡改等，即保證收到的消息和源方發(fā)出的消息是完全一致的。5. 新鮮性無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)目眾多，其多路徑消息傳輸機制或重放攻擊可能使目標接收方收到延后的相同數(shù)據(jù)包。但傳感器網(wǎng)絡區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的是每個節(jié)點都是物理可訪問的，不能設置防火墻進行訪問過濾；無線傳感器網(wǎng)絡的資源受限特征也使得基于非對稱加密體制的數(shù)字簽名和公匙證書機制難以應用。Intel1. 網(wǎng)絡拓撲控制對于無線的自組織的傳感器網(wǎng)絡而言，網(wǎng)絡拓撲控制具有特別重要的意義。拓撲控制可以分為節(jié)點功率控制和層次型拓撲結構形成兩個方面。該機制能夠使節(jié)點在沒有事件發(fā)生時設置通信模塊為睡眠狀態(tài)，而在有事件發(fā)生時及時自動醒來并喚醒鄰居節(jié)點，形成數(shù)據(jù)轉發(fā)的拓撲結構。傳感器網(wǎng)絡協(xié)議負責使各個獨立的節(jié)點形成一個多跳的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，目前研究的重點是網(wǎng)絡層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。目前提出了多種類型的傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議，如多個能量感知的路由協(xié)議，定向擴散和謠傳路由等基于查詢的路由協(xié)議，GEAR 和GEM等基于地理位置的路由協(xié)議，SPEED和ReInForM等支持QoS的路由協(xié)議。3. 網(wǎng)絡安全無線傳感器網(wǎng)絡作為任務型的網(wǎng)絡，不僅要進行數(shù)據(jù)的傳輸，而且要進行數(shù)據(jù)采集和融合，、任務的協(xié)同控制等。雖然在安全研究方面，無線傳感器網(wǎng)絡沒有引入太多的內(nèi)容，但無線傳感器網(wǎng)絡的特點決定了它的安全與傳統(tǒng)網(wǎng)絡安全在研究方法和計算手段上有很大的不同。4. 定位技術位置信息是傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)中不可缺少的部分，沒有位置信息的監(jiān)測消息通常毫無意義。根據(jù)節(jié)點位置是否確定，傳感器節(jié)點分為信標節(jié)點和位置未知節(jié)點。基于距離的定位機制就是通過測量相鄰節(jié)點間的實際距離或方位來確定未知節(jié)點的位置，通常采用測距、定位和修正等步驟實現(xiàn)。距離無關的定位機制的定位性能受環(huán)境因素的影響小，雖然定位誤差相應有所增加，但定位精度能夠滿足多數(shù)傳感器網(wǎng)絡應用的要求，是目前大家重點關注的定位機制。無線傳感器網(wǎng)絡的重要性 無線傳感器網(wǎng)絡集成了傳感器、微機電系統(tǒng)和網(wǎng)絡3大技術，是一種全新的信息獲取和處理技術。 1. 軍事領域由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點具有小巧、隱蔽性好、環(huán)境適應性好等特點，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，可以應用在偵查敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資等多方面用途。羅徹特大學的科學家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵測量居住者的重要征兆、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。第二章 無線傳感器網(wǎng)絡安全性分析 點并不破壞路由協(xié)議的執(zhí)行過程而僅僅通過偵聽路由的通信過程獲取對它有用的路由信息。外部攻擊是指位于網(wǎng)絡外部的攻擊者對網(wǎng)絡發(fā)起的攻擊,而內(nèi)部攻擊是指經(jīng)過了認證和授權已成為網(wǎng)絡成員的惡意節(jié)點(即:Compromised節(jié)點,本文稱之為“叛變”節(jié) 點)Relay))攻擊、“蛀洞”(WormholeSpoofing)攻擊者通過竊聽、欺騙、篡改或重放路由信息,可生成路由環(huán)路、引誘或拒絕通信流量、延長或縮短源路由、產(chǎn)生虛假的錯誤消息、分隔網(wǎng)絡、增加端到端的延遲(Latency)該攻擊的一種簡單形式就是惡意節(jié)點象黑洞(Black因此,該攻擊的一種更巧妙形式就是攻擊者選擇性地轉發(fā)數(shù)據(jù)包,Sinkhole在這種情況下,攻擊者可利用足夠大的發(fā)射功率或Wormhole 4.Sybil攻擊的攻擊者可以“同時擁有多個位置的坐標”。個相距很遠的惡意節(jié)點通過特定方式一起虛報它們之間的距離。這樣可以產(chǎn)生一個SinkholeHELLO攻擊者用足夠大的發(fā)射功率廣播路由或其他信息,這使網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點都相信攻擊者是它的鄰居。到的包,以使網(wǎng)絡中每個節(jié)點都能接收到。例如,路由協(xié)議可根據(jù)鏈路可靠性選擇路徑中下一跳。首先，源節(jié)點廣播一個路由請求包PPEQ（Routing Request）,或者目的節(jié)點廣播一個信息請求包IREQ（Ingormation Request），中間節(jié)點對路由包進行轉發(fā)，同事回轉一個路由應答包RREP(Routing Reply),直到源節(jié)點和目的節(jié)點之間建立起可用路由；其次，根據(jù)實際需求的路由協(xié)議設計目標進行路由選擇；然后，在實際通信過程中，由于節(jié)點能量或安全攻擊等因素，定期或不定期地隊現(xiàn)有路由進行維護（刪