【正文】 會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。5. 新鮮性無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，其多路徑消息傳輸機(jī)制或重放攻擊可能使目標(biāo)接收方收到延后的相同數(shù)據(jù)包。后者解決的是單一節(jié)點(diǎn)向一組節(jié)點(diǎn)發(fā)送統(tǒng)一通告時(shí)的真實(shí)性確認(rèn)問題。完整性要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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。無(wú)線通信的廣播特性很容易被截聽，機(jī)密性使得竊聽方即使截獲節(jié)點(diǎn)間的物理通信信號(hào)仍然不能知道其所攜帶的消息內(nèi)容。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開放性分布和無(wú)線廣播通信特征存在安全隱患，而不同的應(yīng)用背景的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息提出了不同的保護(hù)需求。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全需求無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)遇到竊聽、消息修改、消息注入、路由欺騙、拒絕服務(wù)、惡意代碼等安全威脅。無(wú)線通信模塊提供了傳輸信息的能力，將單獨(dú)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)聯(lián)接成為協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。處理器模塊提供了處理信息的能量，將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)智能化。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。圖12描述了節(jié)點(diǎn)的組成，數(shù)據(jù)感知單元通過對(duì)傳感器所在區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和感知，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；經(jīng)由數(shù)據(jù)處理單元對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后由數(shù)據(jù)傳送單元調(diào)制后發(fā)射出去。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，處理器模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能量供應(yīng)模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。匯聚節(jié)點(diǎn)通常與外部網(wǎng)絡(luò)直接相連，負(fù)責(zé)發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)任務(wù)，并把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給外部網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)除了進(jìn)行本地信息的收集之外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布檢測(cè)任務(wù)及收集檢測(cè)數(shù)據(jù)。[6] 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖11所示，傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node）、匯聚節(jié)點(diǎn)（sink node）和管理節(jié)點(diǎn)。 隨機(jī)分布的有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，借助節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測(cè)量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號(hào)，從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等眾多我們感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。WSN應(yīng)用的目標(biāo)是協(xié)作的感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)中感知對(duì)象的信息，并發(fā)給觀察者，因此它的三個(gè)要素是傳感器、感知對(duì)象和觀察者。所以WSN需要研究新的技術(shù)，以保證實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小化，節(jié)點(diǎn)生命周期最大化，能量負(fù)載均衡化，以及通信能力最優(yōu)化的目標(biāo)。廣泛運(yùn)用于設(shè)施安全、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)應(yīng)用、交通控制等。也指在特定應(yīng)用環(huán)境中布置的傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)線通信方式組織成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)完成指定的數(shù)據(jù)采集工作，節(jié)點(diǎn)通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，并最終由特定的應(yīng)用接收。第一章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國(guó)際上備受關(guān)注的由多科學(xué)交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。今天大部分網(wǎng)絡(luò)使用的是IP協(xié)議作為其基本的技術(shù)，因此，如何實(shí)現(xiàn)把WSN和IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)成為了熱門的研究課題。由于是無(wú)線傳輸、電池供電、覆蓋范圍和節(jié)點(diǎn)生存期受到一定的限制。這就需要路由協(xié)議具有數(shù)據(jù)融合能力，以提高帶寬利用率。其三，傳感器節(jié)點(diǎn)電能和存儲(chǔ)容量都很有限。傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心，某些節(jié)點(diǎn)之間的路由是不需要的，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不宜采用傳統(tǒng)的路由協(xié)議。它采用多跳的傳播和無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施組網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)既是信息的采集和發(fā)出者，又充當(dāng)信息的路由者，具有規(guī)模大、自組織、動(dòng)態(tài)性、應(yīng)用相關(guān)、以數(shù)據(jù)為中心等特點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)是在以上技術(shù)的進(jìn)步的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，是一種集成了監(jiān)測(cè)、控制和無(wú)線通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。伴隨著信息時(shí)代網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全方案設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄教師評(píng)語(yǔ)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅰ答辯記錄　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅱ畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 Ⅲ畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 Ⅳ中英文摘要 　　 V引言................................................................1第一章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)....................................3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概述........................................3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)......................................3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全需求....................................5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議....................................6 概述................................................6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)............................6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要性..............................9第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性分析...................................10 攻擊種類...................................................10 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的防范對(duì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理協(xié)議有效方案設(shè)計(jì).....................18 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理的安全性能...........................18 典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理的方案和協(xié)議...................18 Eschenauer隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案.......................18 對(duì)EG方案的幾種改進(jìn)...............................19 基于柵格的密鑰預(yù)分配方案...........................22 基于組合論的密鑰預(yù)分配方案.........................23 SPIN協(xié)議及LEAP協(xié)議................................23 基于IBC的密鑰預(yù)分配方案...........................25第四章 總結(jié).......................................................29參考文獻(xiàn)...........................................................30引言隨著微電子技術(shù)和MEMS技術(shù)的不斷進(jìn)展，作為信息獲取最基本和最重要的技術(shù)——傳感器技術(shù)，也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了后PC時(shí)代，后PC時(shí)代的一個(gè)特點(diǎn)就是推動(dòng)了計(jì)算機(jī)從桌面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心進(jìn)入到物理環(huán)境中。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般搭載一個(gè)或多個(gè)傳感器，感知物理世界。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：其一，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，一般沒有全球唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符，傳統(tǒng)的有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有唯一的地址用于路由。其二，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的流向是多對(duì)一的，需要的信息一般是來自一個(gè)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(diǎn)——sink節(jié)點(diǎn)，由其統(tǒng)一交付給用戶。由于在被觀測(cè)對(duì)象內(nèi)部或附近部署了大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)中收集的數(shù)據(jù)有可能和其他附近節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)存在因?yàn)檫@些傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)是相同或相近的，即存在冗余信息，傳輸數(shù)據(jù)會(huì)消耗大量的節(jié)點(diǎn)能量，因而沒有必要將這些數(shù)據(jù)全部發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。其四，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的大部分節(jié)點(diǎn)不像傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一樣快速移動(dòng)，因此沒有必要花費(fèi)很大的代價(jià)頻繁地更新路由表信息。一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題是如何在遠(yuǎn)處從部署的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中提取數(shù)據(jù)，一種方法是連接WSN和現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，包括國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。因?yàn)閃SN采用多跳的傳播和無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)組，在野外或戰(zhàn)場(chǎng)等惡劣且偏遠(yuǎn)的環(huán)境中，在電力系統(tǒng)以及運(yùn)營(yíng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的地方，卻往往是傳感器網(wǎng)絡(luò)大有用武之地，依靠計(jì)算機(jī)等功率較大的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)野外目標(biāo)探測(cè)傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問是不現(xiàn)實(shí)的，采用低功耗單片機(jī)或微控制器組成的系統(tǒng)，利用以太網(wǎng)供電技術(shù)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(diǎn)的作用半徑，成為具有實(shí)用和研究意義的課題。簡(jiǎn)單地說，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network, WSN）就是由許多集傳感與驅(qū)動(dòng)控制能力、計(jì)算能力、通信能力于一身的資源受限（指計(jì)算、存儲(chǔ)和能源方面的限制）的嵌入式節(jié)點(diǎn)通過無(wú)線方式互聯(lián)起來的網(wǎng)絡(luò)。WSN是由大量密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，通過無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的無(wú)線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)不同，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沒有統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)，節(jié)點(diǎn)之間按通過廣播，多跳的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，隨機(jī)分布，密布較大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，節(jié)點(diǎn)設(shè)各供電電源能量有限，生命周期短。WSN技術(shù)涉及的研究領(lǐng)域非常廣泛，其中有相當(dāng)一部分集中在網(wǎng)絡(luò)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(shù)。因此可以說WSN將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變了人類與自然界的交互方式。在通信方式上，雖然可以采用有線、無(wú)線、紅外和光等多種形式，但一般認(rèn)為短距離的無(wú)線低功率通信技術(shù)最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用，為明確起見，一般稱無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（ Sensor Network）。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在檢測(cè)區(qū)域（sensing region）內(nèi)，以自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，通過多跳中繼方式將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。[7]圖11 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)是一個(gè)微型的嵌入式系統(tǒng)，計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和通信能力非常有限，能量也很有限。相比較而言，匯聚節(jié)點(diǎn)各方面的能力要強(qiáng)得多，并且具有足夠的能力供給。傳感器節(jié)點(diǎn)一般由數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊這四部分組成。傳感器節(jié)點(diǎn)