关于无线传感器网络安全认证策略的研究

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摘要：无线传感器网络（WSN）是由传感器节点构成的无线网络，本文研究了基于无线传感器网络的安全认证关系，列举了当前主要的认证策略，总结出相应的优点和缺点，并做了进一步展望。

关键词：无线传感器网络；认证策略

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 18-0000-01

Wireless Sensor Network Security Certification Strategy Research

Zhu Jun1,Fan Guanlin2

(1.Anhui University of Science&Technology School of Computer Science and Engineering,Huainan 232001,China;2.Nanyang Institute of Technology,Nanyang 473004,China)

Abstract:This paper based on authentication relationship of wireless sensor networks,hot current entity authentication and information authentication schemes are studied and the corresponding advantages and disadvantages are summarized.

Keywords:Wireless sensor network;Certification strategy

一、引言

目前，无线传感器网络（WSN）在得到广泛应用的同时，也存在着安全性能不足的困扰，这对整个系统的运行带来相当的影响。解决此问题的关键是如何保证节点间通信信道的安全，即身份认证和数据保密的问题。本文研究了WSN所采用的几种主要的认证策略，并进行了适用性分析，最后对下一步的研究工作进行了展望。

二、WSN安全认证过程

（一）初始化认证阶段

传感节点一经部署，就要通过相邻节点身份的安全认证，才能够成为可信的合法节点。

（二）身份认证管理

包括添加和删除两种操作，当新节点加入时，新节点要和周围已有节点实现身份的双向安全认证。而当节点能量耗尽时，这些节点的“死亡”以主动通告或被动查询方式反映到相邻节点，并最终反馈到基站处，这些节点身份ID将从合法节点列表中删除。

（三）控制信息认证

控制信息经过中转节点路由，以多跳转发的方式传递到目标节群。下图中黑点为汇聚节点，白点为传感器节点，连线表示双向认证，即初始化认证，单箭头表示单向认证。

三、认证策略

（一）SPINS（Security Protocols for Sensor Networks）

SPINS使用对称的块密钥加密机制，采用了效率比较高的RC5进行加密，并使用计数器模式实现了语义安全。但是由于μTESLA并没有解决拒绝服务攻击问题，所以其仅作为一种可选的无线传感器网络认证协议，还不能成为无线传感器网络认证的最佳解决方案。

（二）椭圆曲线算法（ECC）

1.用户A选定一条椭圆曲线Ep（a，b），并取椭圆曲线上一点，作为基点G。

2.用户A选择一个私有密钥k，并生成公开密钥K=kG。

3.用户A将Ep（a，b）和点K，G传给用户B。

4.用户B接到信息后，将待传输的明文编码到Ep（a，b）上一点M，产生一个随机整数r（r

5.用户B计算点C1=M+rK；C2=rG。

6.用户B将C1、C2传给用户A。

7.用户A接到信息后，计算C1-kC2，结果就是点M，再对点M进行解码就可以得到明文。

基于ECC的用户认证协议安全强度较高，但缺点是节点能量的消耗过大，而且由于认证步骤过多，这也增加了更多的安全隐患。

（三）XTR（Efficient and Compact Subgroup Trace Representation）算法

系统首先确立一个可信任的KDC（Key Dist ribution Center），用其来产生并分发一些加密信息。KDC选取p（模3余2的素数）、q（6次分圆多项式任一根的阶）和迹函数Tr（g），并产生一随机数k∈[2，q-3]作为其自己的私钥，将n=k和c=Tr（g）运用XTR算法，得到：Sk（Tr（g））=（Tr（gk-1），Tr（gk），Tr（gk+1）∈GF（p2）3，Tr（gk）作为KDC的公钥。

节点A产生一随机数rA∈[2，q-3]作为私钥，将n=rA和c=Tr（g）运用XTR算法，得到：SrA（Tr（g））=（Tr（grA-1），Tr（grA），Tr（grA+1）），Tr（grA）作为节点A的公钥。A点向KDC请求所需要的认证信息时，将公钥发送给KDC，KDC利用n=k和c=Tr（grA）运用XTR算法，得到：Sk（Tr（grA））=（Tr（g（k-1）rA），Tr（gkrA），Tr（g（k+1）rA）），会话密钥由Tr（gkrA）确定。

XTR作为目前较为先进的认证算法，具有很多优点，例如在安全性不变的前提下，XTR中的求幂运算比ECC中的倍点运算快很多，密钥长度更小，并且在密钥产生的速度上，XTR与RSA相当，远远快于ECC，可以说XTR是集合了RSA的运算速度和ECC的高安全性的优秀算法。

四、展望

随着信息时代的发展，传感器技术也得到了飞速的进步，同时也对认证机制提出了更高的要求。针对WSN的资源有限、节点易损、无线信道干扰较大等特点、有些学者提出了跨层设计思想，可以使得无线网络资源得到更充分的利用，是一个很有价值的研究方向。

参考文献：

[1]柯炜.无线传感器网络关键技术及其研究难点[J].电信科学,2005,6

[2]蔡科.基于XTR的无线传感器网络认证机制[J].计算机测量与控制,2010,18