【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于智能卡的WSN密鑰管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-電子科學(xué)與技術(shù)

密級(jí)： 保密期限： 碩士學(xué)位論文 題目： 基于 智能卡的 鑰管理系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 導(dǎo) 師： 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 2014 年 1 月 3 日 獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了 文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京 郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定） 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密在 年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。 本人簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 基于 智能卡 的 摘 要 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)、軍事情報(bào)、醫(yī)療信息等方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，安全是人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的首要問(wèn)題，否則會(huì)造成例如信息丟失、偽造消息，進(jìn)而造成無(wú)法估測(cè)性的后果。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的加解密、簽名認(rèn)證過(guò)程因?yàn)樾枰嗟馁Y源消耗而無(wú)法直接應(yīng)用到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基站或節(jié)點(diǎn)，一般都有著有限的存儲(chǔ)容量、環(huán)境感應(yīng)能力和運(yùn)算能力，無(wú)法保證信息的完整性，如何利用有限的資源來(lái)設(shè)計(jì)出更加有效和安全的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有實(shí)際意義。 本文在分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性、其所面臨的安 全問(wèn)題、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)加解密算法的優(yōu)缺點(diǎn)及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理技術(shù)和智能卡技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于智能卡的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全框架?？蚣懿捎没?法的密鑰管理方案，其在相同安全強(qiáng)度下，具有算法速度快、占用內(nèi)存少、密鑰長(zhǎng)度短和抗攻擊能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。本文對(duì) 密算法進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了基于智能卡的新加密算法，算法對(duì)已使用過(guò)的加密曲線可動(dòng)態(tài)刪除及更新，以適應(yīng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性要求。 關(guān)鍵字 : 能卡 密鑰管理 非對(duì)稱算法 F A N in so to of as be be to of or of of be to to a on of of on or of of an CC of on SN of in of 目錄 第一章 緒論 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 外研究狀況 . 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 2 全現(xiàn)狀調(diào)查 . 2 能卡的安全技術(shù)及現(xiàn)狀 . 3 究目的與意義 . 4 題研究?jī)?nèi)容 . 5 容安排 . 6 章小結(jié) . 6 第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹 . 7 全性問(wèn)題 . 7 議棧 各層 安全 . 8 鑰管理技術(shù) . 9 圓曲線密碼技術(shù) . 10 能卡技術(shù) . 12 能卡硬件結(jié)構(gòu) . 13 內(nèi)操作系統(tǒng) . 13 作系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu) . 14 章小結(jié) . 17 第三章 基于 智能卡的 鑰方案設(shè)計(jì) . 18 線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu) . 18 于智能卡的橢圓曲線 . 19 法有限域的確定 . 19 法基點(diǎn)的選取及計(jì)算 . 20 法改進(jìn)方案 . 21 進(jìn) 體算法實(shí)現(xiàn) . 23 進(jìn) 法的軟件層設(shè)計(jì) . 25 編程實(shí)現(xiàn) . 27 圓曲線操作層 . 29 圓曲線協(xié)議層 . 30 于智能卡的密鑰管理方案設(shè)計(jì) . 32 統(tǒng)初始化 . 32 點(diǎn)通信密鑰建立方案 . 32 節(jié)點(diǎn)加入實(shí)現(xiàn)方案 . 33 鑰更新實(shí)現(xiàn)方案 . 34 鑰回收實(shí)現(xiàn)方案 . 35 章小結(jié) . 36 第四章 基于智能卡的 鑰管理方案在軟件中的實(shí)現(xiàn) . 37 進(jìn) 法的實(shí)現(xiàn) . 37 能卡開發(fā)環(huán)境 . 37 法具體功能軟件實(shí)現(xiàn) . 38 于智能卡的 鑰管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) . 41 點(diǎn)通信密鑰建 立方案 . 42 節(jié)點(diǎn)加入實(shí)現(xiàn)方案 . 43 鑰更新方案實(shí)現(xiàn) . 44 鑰回收方案實(shí)現(xiàn) . 44 于智能卡的 鑰管理系統(tǒng)安全性分析 . 45 于智能卡的 鑰管理系統(tǒng)有效性分析 . 46 儲(chǔ)開銷分析 . 46 鑰長(zhǎng)度分析 . 47 寬分析 . 47 耗分析 . 48 于智能卡的密鑰管理方案性能總結(jié) . 49 章小結(jié) . 49 第五章 總結(jié)與展望 . 50 結(jié) . 50 一步的工作及展望 . 50 參考文獻(xiàn) . 52 致 謝 . 55 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文 目錄 . 56 第一章 緒論 1 第一章 緒論 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（ 節(jié)點(diǎn)可自行進(jìn)行計(jì)算，并且能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)信息、自發(fā)部署并對(duì)特殊環(huán)境中的信息進(jìn)行獲取和傳輸，在多跳通信形式中，該信息將被發(fā)送到用戶終端或數(shù)據(jù)集中處理中心。在受限環(huán)境或者復(fù)雜條件下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)依舊能夠向人們提供可信任的 信息，并且能夠?qū)δ繕?biāo)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。智能卡的安全性和保密性 可以很好的解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如數(shù)據(jù)完整性，機(jī)密性，不可否認(rèn)性等基本 通信傳輸 問(wèn)題 1，在樣的新型網(wǎng)絡(luò)中， 絡(luò)中的數(shù)據(jù) 安全 、 保 密性以及整個(gè) 安全則成了需要研究的重點(diǎn) ，基于智能卡 建立類似于 信息安全 架構(gòu)能保證這樣的需求 。 此外，非對(duì)稱密鑰可以適應(yīng)動(dòng)態(tài)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，但對(duì)傳感器的資源有著極高的要求，因此認(rèn)為在傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不適宜用非對(duì)稱算法 。 然而 隨著集成 電路 技術(shù) 和智能卡技術(shù) 的發(fā)展， 智能卡資源狀況不斷改善，智能 卡的成本也越來(lái)越低，將智能卡應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，不但能提高節(jié)點(diǎn)資源、改善傳感器運(yùn)算能力，而且能使 非對(duì)稱密碼體制中 的大部分算法 可以應(yīng)用于。 外研究狀況 隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，全世界的科研機(jī)構(gòu)也越來(lái)越重視無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究，許多知名大學(xué)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)也參與其中。最有代表性 的是英特爾 研發(fā)團(tuán)隊(duì)和 美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校 共同組建 的 “智能塵埃 (實(shí)驗(yàn)室。 該研發(fā)團(tuán)隊(duì)受到了國(guó)家政府的支持， 進(jìn)行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 信息安全靈通的研究工作 ，為 美國(guó)的軍事集團(tuán) 提供 一套 設(shè) 備原型系統(tǒng) (in a 系統(tǒng)用于 在一立方毫米的體積內(nèi)自動(dòng)地完成感知。麻省理工學(xué)院 (在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功耗和能量方面投入了大量的研究，專注于降低傳感器節(jié)點(diǎn)能源和 制定了議 2。 以美國(guó)的 加州大學(xué) 和麻省理工學(xué)院為首的著名大學(xué)，以 定了幾 種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 3， 如 談判協(xié)議 (如 、 信息安全協(xié)議、密鑰管理協(xié)議、多路由傳播協(xié)議、分層式傳感網(wǎng)協(xié)議、控制交換類協(xié)議、基于大數(shù)據(jù)的路由協(xié)議等，因此對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全性的研究和相關(guān)協(xié)議的制定依然是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。 北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 2 內(nèi)研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，國(guó)外無(wú)線傳感器技術(shù)的快速發(fā)展也影響到了國(guó)內(nèi)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。以我國(guó)政府為主導(dǎo)，我國(guó)關(guān)于 國(guó)內(nèi)也有不少科研機(jī)構(gòu)和高校如清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自 動(dòng)化所等對(duì)此進(jìn)行了大量的研究 4。 2008年初， 國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)專家齊聚一堂，在中科院參加關(guān)于 定了一系列中國(guó)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃。 中國(guó)工業(yè)與信息化部在2010年啟動(dòng)的 “新一代寬帶移動(dòng)通信網(wǎng) ”國(guó)家級(jí)重大專項(xiàng)中，有第 6個(gè)子專題 “短距離無(wú)線互聯(lián)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化 ”是專門針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而設(shè)立的。該專項(xiàng)的設(shè)立將大大推進(jìn) 2013年 10月 29日至 11月 1日，兩年一次的深圳安博會(huì)于深圳會(huì)展中心隆重舉行，在本屆展會(huì)上人們感受到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展， 物聯(lián)網(wǎng)云社區(qū)、安卓終端產(chǎn)品、智能家居盒子、無(wú)線智能酒店系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品成為本屆展會(huì)的一大亮點(diǎn)，這也證明我國(guó)各界越來(lái)越重視無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，會(huì)出現(xiàn)更多有效的研究成果。 隨著潛在 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大， 如何 保證 及 數(shù)據(jù) 安全性 、完整性則成了需要研究的重點(diǎn)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能與傳統(tǒng)領(lǐng)域相結(jié)合，如用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療信息、惡劣環(huán)境、智慧家庭、軍事應(yīng)用和跨國(guó)商業(yè)等領(lǐng)域 。 安全，其中加密和認(rèn)證算法以及密鑰管理是其他安 全問(wèn)題的基礎(chǔ)。 安全包括入侵檢測(cè)、數(shù)據(jù)融合、路由安全、加密和認(rèn)證算法、密鑰管理等多方面的問(wèn)題 。 尤其當(dāng) 者保密性較高的領(lǐng)域，當(dāng)將傳感器部署在無(wú)人監(jiān)測(cè)的環(huán)境時(shí)， 若傳感器被獲取 ，其中很多 重要 信息將被敵手捕獲、偽造、篡改，這 種情況一旦發(fā)生， 將嚴(yán)重威脅個(gè)人 甚至 國(guó)家的安全 。 根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于 鑰管理方案的研究進(jìn)展，大概有三種常見的應(yīng)用層密鑰管理方案，可用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰分配、協(xié)議，即可信賴服務(wù)器方案、基于 對(duì)稱 密鑰算法 的密鑰 預(yù)分配 方案 、 基于非對(duì)稱 密鑰算法 的密鑰管理方案 5。 目前 的 安全領(lǐng)域 研究中， 主要有 全框架、 由協(xié)議等 比 較有影響的成果。 安全、可靠、節(jié)點(diǎn)通信、路由認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性、廣播收發(fā)等方面為基礎(chǔ)，建立了一系列全面且有效 的算法和 協(xié)議 。第一章 緒論 3 但 沒(méi)有針對(duì)秘密通信信道消息泄露問(wèn)題（關(guān)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的過(guò)程設(shè)計(jì)方面會(huì)導(dǎo)致攻擊者竊聽）、 防范問(wèn)題和節(jié)點(diǎn)俘獲分析問(wèn)題提出切實(shí)可行的機(jī)制。 有一些問(wèn)題 有待改善： 的密鑰管理方案采用的是密鑰 概率 共享 方案，該方案密鑰分配方法簡(jiǎn)單，部署網(wǎng)絡(luò)時(shí)假定基站所處的環(huán)境決定安全，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完全依賴基站，若基站被攻擊者破壞，密鑰分配方案會(huì)癱瘓，進(jìn)而影響整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，影響網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分配和可擴(kuò)展性 。 此外， 究安全路由算法， 其 包含以下 特點(diǎn)： (1)單個(gè)節(jié)點(diǎn) 被破壞，只會(huì)影響無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部 分區(qū)域，與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān) ； (2)制定 冗余 路由方式，獲取多路徑安全路由，避免過(guò)于依賴基站 ； (3)提高基站的資源配置，盡量減少傳感器節(jié)點(diǎn)在運(yùn)算能力、通信傳輸和密鑰管理方面的能耗負(fù)擔(dān) 。 然而， 目前提出的很多 基于 案還有很多不足，存在各種缺點(diǎn) 。因?yàn)?能有待改善，存儲(chǔ)能力不足等問(wèn)題 ，因此 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的加解密方案和密鑰管理系統(tǒng)并不能直接移植到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來(lái) 。由此得出了 研究適合 本文就是以 析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理特點(diǎn)， 提出一種有效的、可應(yīng)用于 能卡的安全技術(shù)及現(xiàn)狀 當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)使用的是低成本的微處理器，存在著數(shù)據(jù)處理能力低，安全性不高等問(wèn)題，極大的影響了 究如何將智能卡這樣安全性高，處理速度快的模塊添加到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。 現(xiàn)在關(guān)于 智能卡 安全技術(shù)的研究主要集中在 三個(gè)層次 ： 1， 卡片的制造安全技術(shù) ； 2，卡片 芯片 層 的安全技術(shù) ； 3，卡片 軟件 層的 安全技術(shù)。 本文的研究方向是軟件層的安全，主要包括 ：軟硬件 運(yùn)行測(cè)試 功能 、節(jié)點(diǎn)間雙向認(rèn)證、卡片 密鑰管理 系統(tǒng)、智能卡加解 密、簽名認(rèn)證 等。 現(xiàn)在隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，攜帶有微處理器的智能卡能 用于安全 數(shù)據(jù) 的儲(chǔ)存和處理， 安全性和運(yùn)算能力都有了很大的提高， 并且可以用于使用 公開密鑰算法，攜帶有加密處理器的智能卡更加提高了數(shù)據(jù)加解密的運(yùn)算速度， 支持 智能卡本身的文件操作系統(tǒng)（ 責(zé)各個(gè)文件的訪問(wèn)控制和安全存儲(chǔ) 6，用以保證數(shù)據(jù)安全，因此常用 智能卡 來(lái)保存 密鑰 對(duì) 和數(shù)字證書 等安全信息 。智能卡 與 讀卡 器 連接后可以 被激活 ，智能卡 被 激活后 ， 進(jìn)行復(fù)位應(yīng)答步驟，卡片則處于接受讀寫器（終端） 因此 ，智能卡的特點(diǎn)使其能應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域 。北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 4 國(guó)內(nèi)外關(guān)于智能卡的研究也主要致力于開發(fā)更安全的卡片管理技術(shù)，能 使得 非對(duì)稱密鑰技術(shù)和對(duì)稱密鑰技術(shù) 等 用于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù) 能夠普遍應(yīng)用 于卡片 。 為了避免智能卡遭受攻擊，需要將智能卡中的加密算法進(jìn)行改進(jìn)，本論文將改進(jìn)后的 設(shè)計(jì)出基于智能卡的 時(shí)應(yīng)用智能卡技術(shù)與非對(duì)稱密鑰管理技術(shù)，主要通過(guò)智能卡本身的安全體系與可靠性較高的非對(duì)稱密鑰算法互補(bǔ)，有別于常見的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理系統(tǒng)，并能有效的抵御通道攻擊，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)外關(guān)于 究目的與意義 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物流管理、日常的家庭自動(dòng)化等方面也有廣泛商業(yè)機(jī)會(huì)，在 工業(yè) 生成 、 惡劣 環(huán)境、 智慧家庭 、醫(yī)療 信息 、軍事偵察控制等領(lǐng)域中有巨大的潛在應(yīng)用 價(jià)值， 這也使得很多國(guó)家政府和研究組織致力于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方向的研究 。 1、研究目的 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通信方式有別于傳統(tǒng)通信，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)中繼方式交換信息并最終到達(dá)基站或數(shù)據(jù)處理中心，且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能自發(fā)進(jìn)行感應(yīng)數(shù)據(jù)、組網(wǎng)快速、交換信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能數(shù)據(jù)處理 。 同時(shí)， 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 擁有成本低、組 網(wǎng)快速、易于部署、動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，這些性能也使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠大規(guī)模應(yīng)用，也使其能在戰(zhàn)場(chǎng)、冰山、叢林里進(jìn)行大規(guī)模部署。 故無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國(guó)防科研、工業(yè)生產(chǎn)、感知信息、監(jiān)測(cè)環(huán)境、醫(yī)療器械、安全防衛(wèi)和實(shí)時(shí)監(jiān)控等許多領(lǐng)域都能夠發(fā)揮巨大的作用和價(jià)值。本文對(duì) 析，以智能卡能夠抵御多種攻擊為目標(biāo)來(lái)改進(jìn)密鑰算法，設(shè)計(jì)一種基于智能卡的密鑰管理方案，并分析本方案的有效性，主要包括存儲(chǔ)開銷，密鑰長(zhǎng)度，帶寬，能耗以及安全性和抗毀性的分析，對(duì) 出未來(lái) 研究方向。 2、研究意義 安全是應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的前提 ，特別是 在商業(yè)、軍事 等安全性要求較高的 領(lǐng)域中。如 療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中， 為了保證數(shù)據(jù)安全傳輸、信息加密保存、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等，必須對(duì)信息傳送、數(shù)據(jù)應(yīng)答、感知數(shù)據(jù)等過(guò)程進(jìn)行加密處理。顯然，只有保證了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全，建立完善的密鑰管理機(jī)制，才能使 揮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。但依據(jù)目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究來(lái)看，安全依然是 效的密鑰密鑰管理方案才能 第一章 緒論 5 對(duì) 當(dāng)前大多數(shù) 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 的分析表明 ，其 位或16位 微處理器 ，其運(yùn)算能力 受限 ， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法和承擔(dān)大規(guī)模密鑰管理， 如51系列單片機(jī)和 因此，應(yīng)用于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的加解密算法和密鑰管理方案不能直接移植到 于是便提出了適用于 相關(guān)機(jī)構(gòu)研制的輕量級(jí)加解密算法和數(shù)字證書或應(yīng)用于 本 論文 結(jié)合項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)應(yīng)用實(shí)際， 分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全特征，常見攻擊， 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)加密方案 行了 相關(guān) 設(shè)計(jì)， 以智能卡能充分抵御通道攻擊為基礎(chǔ)，從 改進(jìn)加密 算法 ， 使得能夠在同等的存儲(chǔ)量和能耗情況下， 用 低帶寬、低能耗和低資源消耗來(lái)實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相同甚至更高的安全性，設(shè)計(jì)基于智能卡的 行算法有效性的分析， 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和 商用 價(jià)值。 題研究?jī)?nèi)容 非對(duì)稱 密鑰管理方案被認(rèn)為是 在大規(guī)模集 成電路發(fā)展的基礎(chǔ)上， 可以應(yīng)用于 有效選擇，而 題是能否保證應(yīng)用 安全。本 論文 對(duì) 基于非對(duì)稱 密鑰管理 的 的 安全 方案進(jìn)行研究，提出了基于智能卡 的 密鑰管理方案， 主要進(jìn)行了以下研究 ： 1、 分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和攻擊方式，研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題以及常用的應(yīng)用于 鑰管理方案。 2、 提出了一種基于智能卡的非對(duì)稱密鑰管理系統(tǒng)方案，該方案包括節(jié)點(diǎn)認(rèn)證，新節(jié)點(diǎn)加入，密鑰建立，更新，回收方案，保證了 3、分析了構(gòu)建安全橢圓曲線密碼體系的步驟以及 需完成的工作，根據(jù)不同情況不同作用 ，分析研究 不同域上安全曲線的選取方法及其相關(guān)算法， 并根據(jù)本方案的實(shí)際情況， 選定有限域，同時(shí)對(duì)基點(diǎn)的選取算法及計(jì)算做了詳細(xì)的分析。 4、實(shí)現(xiàn)了 智能卡的加解密方案，簽名認(rèn)證 方案 ， 5、 重點(diǎn)研究基于智能卡的密鑰管理方案的有效性， 系統(tǒng)的有效性包括：網(wǎng)絡(luò)能耗， 帶寬， 計(jì)算開銷，密鑰分配等。 通過(guò)有效性分析得出結(jié)論，驗(yàn)證本方案的可行性。 文章的創(chuàng)新之處： 1、 以數(shù)據(jù)的安全性、保密性、可靠性和數(shù)據(jù)傳送的不可否認(rèn)性為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì) 基于智能卡的安全方案。隨著大規(guī)模集成電路技 術(shù)的發(fā)展，智能卡的存儲(chǔ)能力 、計(jì)算能力和性能 都有了很大提高。將智能卡技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理技術(shù)北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 6 相結(jié)合是本課題的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。 2、 以 非對(duì)稱 加密算法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性的密鑰管理方案。 方案采用基于 密鑰管理協(xié)議，其在相同安全強(qiáng)度要求下 ，與其他非對(duì)稱算法或?qū)ΨQ算法相比 具有算法速度快、占用內(nèi)存少、密鑰長(zhǎng)度短和抗攻擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ，提出一種適用于受限環(huán)境下的改進(jìn) 法的密鑰管理系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了基于該方案的動(dòng)態(tài)性密鑰管理，滿足 某些環(huán)境下的動(dòng)態(tài)性需求 。 容安排 文章的組織結(jié) 構(gòu)如下： 第一章 為緒論部分，詳細(xì)介紹 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，提出研究目的與意義， 分析智能卡的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 提出本論文的工作內(nèi)容和創(chuàng)新之處。 第二章分析本文所用到的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括密鑰管理技術(shù)和智能卡技術(shù)，研究無(wú)線傳感器安全特性及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)特性，以及智能卡技術(shù)的原理和安全性，并分析了智能卡應(yīng)用于物理網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。 第 三 章 改進(jìn)了 算法， 給出了 基于智能卡的密鑰方案設(shè)計(jì) ，針對(duì)該 系統(tǒng) 說(shuō)明了 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的詳細(xì)設(shè)計(jì)， 分析 了各個(gè) 動(dòng)態(tài)功能 的實(shí)現(xiàn) 過(guò)程 。 第 四 章 在智能卡上實(shí)現(xiàn)基于 密鑰管理方案，并進(jìn)行 有效性 的研究分析 包括 ：網(wǎng)絡(luò)能耗 、 帶寬 、 計(jì)算開銷 、 密鑰分配等。 第 五 章是本文研究工作的總結(jié)和展望。 章小結(jié) 本章主要介紹了課題 “基于智能卡的 鑰管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ”提出的背景與意義，分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景和智能卡技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)講述其安全現(xiàn)狀和所面臨的問(wèn)題。并闡明了論文研究?jī)?nèi)容、工作安排和創(chuàng)新之處。 第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹 7 第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（ 常 是指由存在于可控制監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)數(shù)目龐大且低成本的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式自組織形成一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特點(diǎn)如下： (1) 自組織網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò) 能有自組織的能力，進(jìn)行 自行組織、 自啟動(dòng)、整合、管理、更新、維護(hù)等功能，形成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)也需要在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)用于與節(jié)點(diǎn)和外界通信的基站 7。 (2) 數(shù)量多，規(guī)模大 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的大規(guī)模性是指節(jié)點(diǎn) 分布相對(duì)密集， 大密度部署并自發(fā)形成網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大。 另外為減少盲區(qū)，可以擴(kuò)大無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。 (3) 多跳性 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用通信方式的特點(diǎn)為對(duì)等、多跳，主要是 為了避免節(jié)點(diǎn)之間 因 距離通信 產(chǎn)生 的 衰弱信號(hào)和等 問(wèn)題， 也 由于 傳感器的 傳輸 能量和功率受限 ，以及 傳感器節(jié)點(diǎn)的通信距離一般 都比較短。 (4) 動(dòng)態(tài)性 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性是指節(jié)點(diǎn)間的密鑰建立，新節(jié)點(diǎn)加入，密鑰回收等過(guò)程能夠動(dòng)態(tài)完成，而不需要通過(guò)基站回收節(jié)點(diǎn)過(guò)程。 無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)常被部署在惡劣環(huán)境中，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的通信傳輸能力、存儲(chǔ)計(jì)算能力等自身資源有限，也由于對(duì)傳感器成本的考慮，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)很容易被俘獲，從而帶來(lái)?yè)p失。目前對(duì) 巫 (擊， 洪攻擊 等。 除此之外， 擊方能夠通過(guò)各種手段來(lái)截取、轉(zhuǎn)發(fā)、丟棄節(jié)點(diǎn)信息，甚至對(duì)基站構(gòu)成威 脅。 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能量有限，也會(huì)使得節(jié)點(diǎn)遭受資源消耗型攻擊。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，安全需求應(yīng)是用最小的資源來(lái)實(shí)現(xiàn)最大的安全性，這也是節(jié)點(diǎn)安全性的首要問(wèn)題。但設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還需要考慮能耗、安全通信和密鑰管理等諸多問(wèn)題。 在 主要任務(wù)是安全的進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和安全存儲(chǔ)，相鄰節(jié)點(diǎn)之間相互配合進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，中間節(jié)點(diǎn)擁有權(quán)限進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)和與基站直接通信，一般將整合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)基站，保證鏈路層安全來(lái)滿足 傳統(tǒng)的端到端的安全通信不能完全移植到 北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 8 目前，有不同的攻擊方式和手段用于 此，需要針對(duì)不同的攻擊來(lái)建立各自的安全措施和實(shí)施機(jī)制。 隨著集成電路技術(shù)的興起， 人們也越來(lái)越重視無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理技術(shù)，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)也開展了 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的 研究 。 但 考慮到現(xiàn)有的 技術(shù)水平，讓無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常、安全運(yùn)行并 大規(guī)模應(yīng)用 還面臨著 許多問(wèn) 題，總結(jié)如下： (1)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。 顧名思義，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是依靠無(wú)線通信機(jī)制來(lái)進(jìn)行信息收發(fā)。因此相對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)， 行影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。帶來(lái)一系列問(wèn)題，如路由被篡改、無(wú)線電波干擾、 泛洪攻擊等 8。 (2)網(wǎng)內(nèi)通信問(wèn)題。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間通信信號(hào)也會(huì)被一些其他攻擊設(shè)備或電磁波所干擾保證網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)安全有效傳輸是 (3)網(wǎng)絡(luò)能耗 問(wèn)題。處在野外惡劣環(huán)境中 的 定 的， 也 不允許更換電池， 因此對(duì)節(jié)點(diǎn)的能耗提出了挑戰(zhàn)。目前針對(duì)這種問(wèn)題可以使用以下應(yīng)對(duì)技術(shù)：降低 安裝 高能 太陽(yáng)能 電池。 太陽(yáng)能電池是目前研究方向的重點(diǎn)關(guān)注。 (4)成本問(wèn)題。 泛撒網(wǎng)。再考慮到能耗，帶寬，通信等其他問(wèn)題，所產(chǎn)生的巨大成本也會(huì)制約 (5)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 安全 管理和組織問(wèn)題。 節(jié)點(diǎn)因移動(dòng)性而產(chǎn)生的管理問(wèn)題和安全協(xié)議的一致性問(wèn)題都是設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要考慮的問(wèn)題。 例如， 以及新加入節(jié)點(diǎn) 、 節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)機(jī)制和 無(wú)效 節(jié)點(diǎn)的退出的組網(wǎng)管理等。 (6)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 高效性 問(wèn)題。合理的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以最大限度的利用網(wǎng)絡(luò)資源。 網(wǎng)技術(shù)、通信方式。繼而提高效節(jié)能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署方案。 議棧 各層