《安全設(shè)計(jì)技術(shù)》

無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

.主要內(nèi)容第01章、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述第02章、路由協(xié)議第03章、MAC協(xié)議第04章、物理層第05章、通信標(biāo)準(zhǔn)第06章、時(shí)間同步技術(shù)第07章、定位技術(shù)第08章、容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)第09章、平安設(shè)計(jì)技術(shù)第10章、效勞質(zhì)量第11章、網(wǎng)絡(luò)管理第12章、操作系統(tǒng)第13章、開發(fā)環(huán)境基于Zigbee無線傳感網(wǎng).第九章、平安設(shè)計(jì)技術(shù).內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)加密技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)加密技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).WSN平安挑戰(zhàn)兩點(diǎn)認(rèn)識WSN應(yīng)用需要強(qiáng)力的平安支持WSN的特點(diǎn)決定實(shí)現(xiàn)WSN平安支持不是一件容易的事，是一大挑戰(zhàn)平安設(shè)計(jì)中，WSN和Adhoc的區(qū)別?網(wǎng)絡(luò)模型不同?網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不同?網(wǎng)絡(luò)終端能力不同?通信模型不同?網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁?網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境帶來新的平安威脅.WSN平安挑戰(zhàn)平安設(shè)計(jì)時(shí)，須著重考慮的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三大特點(diǎn)：資源非常有限〔存儲、計(jì)算、電池〕不可靠的無線通信、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大非受控操作、面向應(yīng)用無線信道的開放性需要加密體制，資源約束的節(jié)點(diǎn)需要輕量級、高效平安實(shí)現(xiàn)方案，非受控操作需要傳感器網(wǎng)絡(luò)平安策略具有較高的平安彈性。.WSN平安挑戰(zhàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)平安技術(shù)研究和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有著較大區(qū)別，但是他們的出發(fā)點(diǎn)都是相同的，均需要解決信息的機(jī)密性、完整性、消息認(rèn)證、組播/播送認(rèn)證、信息新鮮度、入侵監(jiān)測以及訪問控制等問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)〔受限的計(jì)算、通信、存儲能力，缺乏節(jié)點(diǎn)部署的先驗(yàn)知識，部署區(qū)域的物理平安無法保證以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化等〕使得非對稱密碼體制難以直接應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)平安存在著巨大的挑戰(zhàn)。.內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)加密技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).WSN平安需求通信平安需求數(shù)據(jù)機(jī)密性防竊聽數(shù)據(jù)完整性防篡改真實(shí)性防偽造數(shù)據(jù)新鮮性防重放.WSN平安需求網(wǎng)絡(luò)效勞平安需求可用性魯棒性自組織其它效勞組件的平安需求時(shí)間同步定位網(wǎng)內(nèi)融合.傳感器網(wǎng)絡(luò)平安目標(biāo).內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)加密技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).WSN平安威脅與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)一樣，傳感器網(wǎng)絡(luò)的消息通信會受到監(jiān)聽、篡改、偽造和阻斷攻擊。圖9?1：無線網(wǎng)絡(luò)中4種通信平安威脅：〔a〕監(jiān)聽，〔b〕篡改，〔c〕偽造，〔d〕阻斷.WSN平安威脅攻擊者特征精明的外行知識淵博的內(nèi)行受到政府或組織資助的團(tuán)隊(duì)可以輕易擁有超強(qiáng)的計(jì)算能力和靈敏的無線通信能力攻擊分類之一外部攻擊(如非授權(quán)用戶)內(nèi)部攻擊(如被俘虜節(jié)點(diǎn)).WSN平安威脅從傳感器節(jié)點(diǎn)看平安威脅欺騙：主要來自于環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)防范手段:基于冗余的平安數(shù)據(jù)融合控制：是最具威脅的攻擊行為邏輯控制—通過監(jiān)聽,分析獲知關(guān)鍵信息解決方法:通過加密機(jī)制和平安協(xié)議隱藏關(guān)鍵信息物理控制—直接破壞和損害節(jié)點(diǎn),后果更嚴(yán)重手段:直接停止效勞和物理剖析解決方法:采用防分析、防篡改的硬件設(shè)計(jì)和提高抗俘獲的平安能力.WSN平安威脅從網(wǎng)絡(luò)通信看平安威脅被動攻擊--不易覺察，重點(diǎn)在于預(yù)防主動攻擊--攻擊手段多、動機(jī)多變、更難防范重放攻擊--運(yùn)行時(shí)內(nèi)攻擊和運(yùn)行時(shí)外攻擊DoS攻擊--試圖阻止網(wǎng)絡(luò)效勞被合法使用阻塞攻擊沖突攻擊路由攻擊泛洪攻擊Sybil攻擊.WSN平安威脅從系統(tǒng)角度看平安威脅多跳自組織路由時(shí)間同步定位數(shù)據(jù)融合甚至平安效勞特別的：能量消耗攻擊.WSN平安威脅從網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層次的角度看平安威脅.WSN平安威脅主要威脅分析和平安策略如表所示。.內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)加密技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).WSN根本平安技術(shù)平安協(xié)議密鑰管理平安路由入侵檢測.WSN根本平安體系結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)容易受到各種攻擊，存在許多平安隱患。目前比較通用的平安體系結(jié)構(gòu)如下圖。.WSN根本平安體系結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧由硬件層、操作系統(tǒng)層、中間件層和應(yīng)用層構(gòu)成。其平安組件分為3層，分別為：平安原語、平安效勞和平安應(yīng)用。除此，當(dāng)下正在研究基于代理的傳感器網(wǎng)絡(luò)平安體系結(jié)構(gòu)。.WSN根本平安協(xié)議根本平安框架〔SPINS〕SPINS平安協(xié)議族是最早的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安框架之一，包含了SNEP和μTESLA兩個(gè)平安協(xié)議。SNEP協(xié)議提供點(diǎn)到點(diǎn)通信認(rèn)證、數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性和新鮮性等平安效勞。μTESLA協(xié)議那么提供對播送消息的數(shù)據(jù)認(rèn)證效勞。.WSN根本平安協(xié)議SNEP協(xié)議SNEP是為傳感器網(wǎng)絡(luò)量身打造的，具有低通信開銷的，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性、保證新鮮度的簡單高效的平安協(xié)議。μTESLA協(xié)議μTESLA使用單向密鑰鏈，通過對稱密鑰的延遲透露引入的非對稱性進(jìn)行播送認(rèn)證，其由4個(gè)階段組成：1)密鑰建立;2)播送密鑰透露;3)傳感器節(jié)點(diǎn)自舉;4)認(rèn)證播送數(shù)據(jù)包。分層μTESLA協(xié)議分層μTESLA協(xié)議采用預(yù)先設(shè)定初始化參數(shù)方法。其根本思想：將認(rèn)證分成多層，使用高層密鑰鏈認(rèn)證低層密鑰鏈，低層密鑰鏈認(rèn)證播送數(shù)據(jù)包。.WSN根本平安協(xié)議幾種平安解決方案比較TinySec:一個(gè)鏈路層加密機(jī)制，包括分塊加密算法和密鑰管理機(jī)制。參數(shù)化跳頻:實(shí)現(xiàn)于一種非敵對環(huán)境下，平抑頻率異和干擾，以此保證系統(tǒng)可用性。LiSP:實(shí)現(xiàn)了高效的密鑰重分配策略，在平安和能量消耗方面有較好折中。LEAP:是局部加密認(rèn)證協(xié)議，提供4種密鑰機(jī)制以滿足不同平安需求，密鑰機(jī)制可擴(kuò)展。.SPINSTinySec參數(shù)化跳頻LiSPLEAP認(rèn)證訪問控制抗抵賴性完整性機(jī)密性可用性WSN根本平安協(xié)議表9-1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平安協(xié)議比較.WSN密鑰管理密鑰的分配問題是密鑰管理中最核心問題WSN密鑰管理問題通常需要解決的問題抗俘獲攻擊的平安彈性問題輕量級問題分布式網(wǎng)內(nèi)處理問題網(wǎng)絡(luò)的平安擴(kuò)展問題密鑰撤銷問題.WSN密鑰管理主要方案信任效勞器分配模型密鑰分配中心模型基于公鑰密碼體制的密鑰協(xié)商算法在低本錢、低功耗、資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)上現(xiàn)實(shí)可行的密鑰分配方案是基于對稱密碼體制的密鑰預(yù)分配模型預(yù)安裝模型、確定預(yù)分配模型和隨機(jī)預(yù)分配模型.WSN密鑰管理 1、預(yù)安裝模型 無需進(jìn)行密鑰協(xié)商，但平安彈性差，不易于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。 2、確定預(yù)分配模型 通過數(shù)學(xué)關(guān)系推導(dǎo)共享密鑰可降低協(xié)議通信開銷。但計(jì)算開銷大，且當(dāng)被俘獲節(jié)點(diǎn)數(shù)超過平安門限時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被攻破的概率急劇升高。 3、隨機(jī)預(yù)分配模型 基于隨機(jī)圖連通原理，并由Eschenauer和Gligor首次提出了根本隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案。.WSN密鑰管理 隨機(jī)預(yù)分配模型包括4個(gè)步驟：生成一個(gè)足夠大的密鑰池隨機(jī)密鑰環(huán)預(yù)裝入共享密鑰發(fā)現(xiàn)平安路徑建立該方案可有效緩解節(jié)點(diǎn)存儲空間制約問題，安全彈性較好，但密鑰建立過程比較復(fù)雜，同時(shí)存在平安連通性問題。.當(dāng)前WSN密鑰管理技術(shù)密鑰管理是傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安根底。所有節(jié)點(diǎn)共享一個(gè)主密鑰方式不能夠滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安需求。目前提議了許多傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方式：1)每對節(jié)點(diǎn)之間都共享一對密鑰網(wǎng)絡(luò)中，任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均共享一對密鑰。優(yōu)點(diǎn)：不依賴于基站、計(jì)算復(fù)雜度低、引導(dǎo)成功率為100％；網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)被威脅均不會泄漏其他鏈路密鑰。缺點(diǎn)：擴(kuò)展性不好、無法參加新的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)免疫力很低，支持網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都必須存儲與其他所有節(jié)點(diǎn)共享的密鑰，消耗的存儲資源大，如節(jié)點(diǎn)數(shù)為n的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都至少要存儲n?1個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識和密鑰。.當(dāng)前WSN密鑰管理技術(shù)2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)與基站之間共享一對密鑰這種方式每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要存儲的密鑰量小，計(jì)算和存儲壓力集中在基站。優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜度低，對普通節(jié)點(diǎn)資源和計(jì)算能力要求不高；引導(dǎo)成功率高；可以支持大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)；基站能夠識別異常節(jié)點(diǎn)，并及時(shí)的將其排除在網(wǎng)絡(luò)之外。缺點(diǎn)：過分依賴基站，如果節(jié)點(diǎn)被俘后，會暴露與基站的共享密鑰，而基站被俘，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被攻破。這種模式對于收集型網(wǎng)絡(luò)比較有效，對于協(xié)同型網(wǎng)絡(luò)，效率比較低。.當(dāng)前WSN密鑰管理技術(shù)3)根本的隨機(jī)密鑰預(yù)分配模型根本隨機(jī)密鑰預(yù)分配模型是Eschenauer等首先提出來的。其根本思想是：所有節(jié)點(diǎn)均從一個(gè)大的密鑰池中隨機(jī)選取假設(shè)干個(gè)密鑰組成密鑰鏈，密鑰鏈之間擁有相同密鑰的相鄰節(jié)點(diǎn)能夠建立平安通道。根本隨機(jī)密鑰預(yù)分配模式由3個(gè)階段組成：密鑰預(yù)分配、密鑰共享發(fā)現(xiàn)和路徑密鑰建立。優(yōu)點(diǎn)：本模式可以保證任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均以一定的概率共享密鑰。密鑰池中密鑰的數(shù)量越小，傳感器節(jié)點(diǎn)存儲的密鑰鏈越長，共享密鑰的概率就越大。缺點(diǎn)：當(dāng)密鑰池的密鑰量越小，網(wǎng)絡(luò)的平安性就越脆弱；節(jié)點(diǎn)存儲的密鑰鏈越長，消耗的存儲資源就越大。.當(dāng)前WSN密鑰管理技術(shù)4)使用部署知識的密鑰預(yù)分配模式在傳感器節(jié)點(diǎn)被部署之前，如果能夠預(yù)先知道哪些節(jié)點(diǎn)是相鄰的，對密鑰預(yù)分配具有重要意義，能夠減少密鑰預(yù)分配的盲目性，增加節(jié)點(diǎn)之間共享密鑰的概率。因此設(shè)計(jì)合理的傳感器網(wǎng)絡(luò)部署方法，對密鑰預(yù)分配模式是非常有效的。與根本隨機(jī)密鑰預(yù)分配模式相比，此模式僅僅在密鑰預(yù)分配階段有所不同。在隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案的根底上，提出了一個(gè)基于區(qū)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案。此方案利用節(jié)點(diǎn)部署知識，提高網(wǎng)絡(luò)的連通性、減少節(jié)點(diǎn)的存儲開銷，增加網(wǎng)絡(luò)抗打擊能力，適合于精度要求不高的場合。.當(dāng)前WSN密鑰管理技術(shù)5)q-composite隨機(jī)密鑰預(yù)分配模型為了提高系統(tǒng)的抵抗力，要求傳感器節(jié)點(diǎn)之間共享q個(gè)密鑰。q-composite隨機(jī)密鑰預(yù)分配模型和根本模型的過程相似，只是要求相鄰節(jié)點(diǎn)的公共密鑰數(shù)大于q。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的共享密鑰數(shù)q′>q，那么共享密鑰。散列的自變量密鑰順序是預(yù)先議定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就能夠計(jì)算出相同的鏈路密鑰。.當(dāng)前WSN密鑰管理技術(shù)在以上傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理協(xié)議的根底上，許多研究者針對不同的場景設(shè)計(jì)了一些密鑰管理協(xié)議。Y.zhang等提出的隨機(jī)密鑰對模型；W.Du等以Blom的密鑰預(yù)分配模型為根底，提出多密鑰空間的密鑰對預(yù)分配模型；D.Liu等提出基于位置的平安密鑰對引導(dǎo)方案。EltoweissyM等提議的動態(tài)密鑰管理方案?？紤]到多播密鑰管理必須滿足前向私密性、后向私密性、抗同謀破解、可擴(kuò)展性以及健壯性等平安需求，有的文獻(xiàn)還提出了一種基于門限機(jī)制和密鑰聯(lián)系表的密鑰管理方案.平安路由平安路由對順利實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，延長網(wǎng)絡(luò)壽命都至關(guān)重要。平安路由協(xié)議應(yīng)包括以下的特性。降低配置過失影響的方法對俘虜節(jié)點(diǎn)的魯棒性確保只有合法節(jié)點(diǎn)參與消息轉(zhuǎn)發(fā)防止攻擊者注入偽造的路由信息.平安路由網(wǎng)絡(luò)層攻擊路由信息欺騙選擇性轉(zhuǎn)發(fā)污水坑〔Sinkhole〕攻擊Sybil攻擊蟲洞〔Wormholes〕攻擊Hello數(shù)據(jù)包洪泛攻擊ACK欺騙流量分析攻擊.平安路由路由協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。目前許多傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議被提議，但是這些路由協(xié)議都非常簡單，主要是以能量高效為目的設(shè)計(jì)的，沒有考慮平安問題。事實(shí)上，傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議容易受到各種攻擊。敵人能夠捕獲節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行攻擊，如：偽造路由信息、選擇性前轉(zhuǎn)、污水池等。受到這些攻擊的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一方面、無法正確、可靠的將信息及時(shí)傳遞到目的節(jié)點(diǎn)；另一方面、消耗大量的節(jié)點(diǎn)能量，縮短網(wǎng)絡(luò)壽命。因此研究傳感器網(wǎng)絡(luò)平安路由協(xié)議是非常重要的。.當(dāng)前平安路由研究現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和容易受到的攻擊如表所示。.平安路由設(shè)計(jì)平安可靠的路由協(xié)議主要從兩個(gè)方面考慮：一是采用消息加密、身份認(rèn)證、路由信息播送認(rèn)證、入侵檢測、信任管理等機(jī)制來保證信息傳輸?shù)耐暾院驼J(rèn)證。這個(gè)方式需要傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理機(jī)制的支撐。針對表4中的各種攻擊，采取相應(yīng)的對策如表5所示。二是利用傳感器節(jié)點(diǎn)的冗余性，提供多條路徑。即使在一些鏈路被敵人攻破而不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，依然可以使用備用路徑。多路徑路由能夠保證通信的可靠性、可用性以及具有容忍入侵的能力。.平安路由.平安路由多路徑路由研究的首要問題是如何建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多條路徑。GanesanD等提出了一種多路徑路由機(jī)制。其根本思想是：首先建立從數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的主路徑，然后再建立多條備用路徑；數(shù)據(jù)通過主路徑進(jìn)行傳輸，同時(shí)利用備用路徑低速傳送數(shù)據(jù)來維護(hù)數(shù)據(jù)的有效性；當(dāng)主路徑失敗時(shí)，從備用路徑中選擇次優(yōu)路徑作為新的主路徑。.平安路由對于多路徑建立方法，文獻(xiàn)提出了不相交多路徑和纏繞多路徑兩種方法。不相交多路徑是指從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間任意兩條路徑都沒有相交的節(jié)點(diǎn)。在不相交路徑中，備用路徑可能比主路徑長的多，為此引入纏繞路徑，同時(shí)解決主路徑上單個(gè)節(jié)點(diǎn)失敗問題。理想的纏繞路徑是由一組纏繞路徑形成的。DebB等提議ReInForM路由，其根本過程是：首先數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)根據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸笥?jì)算需要的傳輸路徑數(shù)目；然后鄰居節(jié)點(diǎn)選擇假設(shè)干個(gè)節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并給每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照一定的比例分配路徑數(shù)目；最后數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)將分配的路徑數(shù)作為數(shù)據(jù)報(bào)頭中的一個(gè)字段發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)。.平安路由傳感器網(wǎng)絡(luò)平安路由協(xié)議的進(jìn)一步研究方向?yàn)椋焊鶕?jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)，在分析路由平安威脅的根底上，從密碼技術(shù)、定位技術(shù)和路由協(xié)議平安性等方面探討了平安路由技術(shù)。.平安路由平安路由協(xié)議〔INSENS〕：

INSENS是一個(gè)面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安的入侵容忍路由協(xié)議INSENS路由協(xié)議的主要策略包括：使用單向散列鏈〔OHC〕限制播送以限制洪泛攻擊。多路徑路由增強(qiáng)入侵容忍路由更新限制.入侵檢測WSN

IDS實(shí)現(xiàn)不能回避的問題是：由于資源受限，不可能在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都運(yùn)行一個(gè)全功能IDS代理；而且，WSN通常是高密度冗余部署，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與分析鄰居傳來的所有數(shù)據(jù)包明顯多余和浪費(fèi)資源；那么如何在WSN中合理地分布IDS代理，進(jìn)而合理分配IDS任務(wù)?；乇躀DS即入侵容忍是一種方法。.入侵檢測ANon-cooperativeGameApproachforIntrusionDetectioninSensorNetworks是一個(gè)基于博弈論的入侵檢測方法。在非零和博弈中，讓攻擊者得到一定的得益，我們也能得到更多好處，而且不需開銷許多重要的資源。.入侵檢測入侵檢測是發(fā)現(xiàn)、分析和匯報(bào)未授權(quán)或者毀壞網(wǎng)絡(luò)活動的過程。傳感器網(wǎng)絡(luò)通常被部署在惡劣的環(huán)境下，甚至是敵人區(qū)域，因此容易受到敵人捕獲和侵害。傳感器網(wǎng)絡(luò)入侵檢測技術(shù)主要集中監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的異常以及區(qū)分惡意節(jié)點(diǎn)上。由于資源受限以及傳感器網(wǎng)絡(luò)容易受到更多的侵害，傳統(tǒng)的入侵檢測技術(shù)不能夠應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)。.入侵檢測傳感器網(wǎng)絡(luò)入侵檢測由3個(gè)局部組成，入侵檢測、入侵跟蹤和入侵響應(yīng)。這3個(gè)局部順序執(zhí)行。首先入侵檢測將被執(zhí)行，要是入侵存在，入侵跟蹤將被執(zhí)行來定位入侵，然后入侵響應(yīng)被執(zhí)行來防御反對攻擊者。此入侵檢測框架如下圖。.入侵檢測W.Ribeiro等提議通過監(jiān)測惡意信息傳輸來標(biāo)識傳感器網(wǎng)絡(luò)的惡意節(jié)點(diǎn)。要是信息傳輸?shù)男盘枏?qiáng)度和其所在的地理位置相矛盾，那么此信息被認(rèn)為是可疑的。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到信息的時(shí)候，它比較接收信息的信號強(qiáng)度和期望的信號強(qiáng)度(根據(jù)能量損耗模型計(jì)算)，如果相匹配，那么將此節(jié)點(diǎn)的不可疑投票加1，否那么將可疑投票加1。然后通過信息分發(fā)協(xié)議來標(biāo)識惡意節(jié)點(diǎn)。.入侵檢測Wang等提出的入侵檢測技術(shù)是用來識別惡意節(jié)點(diǎn)的。它的工作原理是:當(dāng)A節(jié)點(diǎn)疑心它的某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)B是惡意節(jié)點(diǎn)時(shí),它向所有B的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出消息來獲得其他鄰居節(jié)點(diǎn)對B節(jié)點(diǎn)的評價(jià),在收集了所有B的鄰居節(jié)點(diǎn)的評價(jià)后,A節(jié)點(diǎn)再綜合判斷B節(jié)點(diǎn)是否是惡意節(jié)點(diǎn)。.入侵檢測A.Agah等通過博弈論的方法衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安。協(xié)作、信譽(yù)和平安質(zhì)量是衡量節(jié)點(diǎn)的根本要素。另外在攻擊者和傳感器網(wǎng)絡(luò)之間規(guī)定非協(xié)作博弈，最終得到抵抗入侵的最正確防御策略。簡單的密碼技術(shù)僅僅能夠識別外來節(jié)點(diǎn)的入侵而無法識別那些被捕獲節(jié)點(diǎn)的入侵,因?yàn)檫@些被捕獲節(jié)點(diǎn)和正常節(jié)點(diǎn)一樣具有加解密和認(rèn)證身份所需的密鑰。目前的研究主要是針對被俘節(jié)點(diǎn)的入侵,按研究目的可以分為虛假數(shù)據(jù)識別和惡意節(jié)點(diǎn)識別兩類。.內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).WSN加密技術(shù)在平安設(shè)計(jì)中，幾種常見的加密技術(shù)：公鑰密鑰對稱密碼消息認(rèn)證硬件加密 在WSN中，由于其節(jié)點(diǎn)能量有限、存儲空間有限和計(jì)算能力弱的特點(diǎn)，密碼算法和實(shí)現(xiàn)方式既要考慮平安強(qiáng)度，也要考慮運(yùn)行時(shí)間、功耗和存儲空間占有量等因素。.WSN加密技術(shù)公鑰密鑰目前應(yīng)用廣泛的公鑰密碼有： —RSA：運(yùn)算量大、計(jì)算時(shí)間長、能量消耗大 —ECC：相比RSA，計(jì)算量小、存儲空間占用小、密鑰生成方便。與對稱密碼相比，公鑰密碼能夠方便建立安全框架，提供身份認(rèn)證。但運(yùn)算量大，占用大量資源和能量。適合平安第一位的場合。..WSN加密技術(shù)2. 對稱密鑰 在WSN中，對稱密碼用來加密數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)不被泄露。下面是幾種不同操作模式對通信開銷所帶來的影響：..表9?7：分組密碼采用不同模式對密文錯(cuò)

誤和同步錯(cuò)誤的影響操作模式密文錯(cuò)誤同步錯(cuò)誤密碼分組鏈接CBC一個(gè)bit的錯(cuò)誤影響整個(gè)當(dāng)前分組和后續(xù)分組的相應(yīng)bit丟失的分組需要重傳才能解密下一個(gè)分組密碼反饋CFB一個(gè)bit的錯(cuò)誤影響當(dāng)前分組的相應(yīng)bit和后續(xù)的整個(gè)分組丟失的分組需要重傳才能解密下一個(gè)分組輸出反饋OFB一個(gè)bit的錯(cuò)誤影響當(dāng)前分組的相應(yīng)bit丟失的分組不需要重傳也能解密下一個(gè)分組計(jì)數(shù)器CTR一個(gè)bit的錯(cuò)誤影響當(dāng)前分組的相應(yīng)bit丟失的分組不需要重傳也能解密下一個(gè)分組.WSN加密技術(shù)幾種典型的密碼算法：Rijndael密鑰可隨機(jī)生成，實(shí)現(xiàn)方便，可提供足夠平安。RC5面向字的算法，算法簡單高效，可定制不同級別的平安性能，對存儲空間要求比較低。RC4是可變密鑰長度、面向字節(jié)操作的流密碼算法，實(shí)現(xiàn)簡單。.WSN加密技術(shù)消息認(rèn)證算法：消息認(rèn)證算法主要用來驗(yàn)證所收到的信息來自真正的發(fā)送方并且未被修改。一般都使用單向散列函數(shù)，常見的單向散列函數(shù)有消息認(rèn)證碼MAC，以及MD5、SHA等。硬件加密提高算法執(zhí)行效率具有很強(qiáng)的平安性.WSN加密技術(shù)隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳感器節(jié)點(diǎn)的能力也越來越強(qiáng)。原先被認(rèn)為不可能應(yīng)用的密碼算法的低開銷版本開始被接受。低開銷的密碼算法依然是傳感器網(wǎng)絡(luò)平安研究的熱點(diǎn)之一。.內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)WSN是一個(gè)結(jié)構(gòu)松散、開放的網(wǎng)絡(luò)，很容易受到節(jié)點(diǎn)破壞攻擊和節(jié)點(diǎn)泄露攻擊。節(jié)點(diǎn)破壞攻擊盲物理破壞攻擊捕獲破壞攻擊.節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)節(jié)點(diǎn)泄露攻擊通過JTAG攻擊過錯(cuò)產(chǎn)生攻擊侵入攻擊板級攻擊旁路攻擊計(jì)時(shí)攻擊邏輯攻擊.節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)表9?8：典型的幾種物理攻擊節(jié)點(diǎn)泄露攻擊的消耗以及成功率攻擊類型設(shè)備開發(fā)周期執(zhí)行時(shí)間成本成功率通過JTAG攻擊PC，JTAG編程器數(shù)天幾個(gè)小時(shí)低低過錯(cuò)產(chǎn)生攻擊PC，信號發(fā)生器等數(shù)天幾個(gè)小時(shí)低中侵入攻擊PC，探針臺，顯微鏡，F(xiàn)IB，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等數(shù)月幾日高高電路板攻擊PC，探針臺等數(shù)天幾個(gè)小時(shí)低低邊頻攻擊PC，示波器等數(shù)月幾個(gè)小時(shí)中中計(jì)時(shí)攻擊PC，示波器等數(shù)周幾個(gè)小時(shí)低中軟件攻擊PC等數(shù)周幾分鐘低低.節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)節(jié)點(diǎn)平安設(shè)計(jì)可從以下幾點(diǎn)考慮：程序燒寫后鎖定JTAG可選用帶有平安存儲的芯片采用兩片不同型號的單片機(jī)互為備份盡量不要使用外接存儲器在實(shí)現(xiàn)密碼算法的時(shí)候，要防御計(jì)時(shí)攻擊參加移動感知機(jī)制或者其它感知機(jī)制，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己被俘.內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)平安技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).WSN效勞組件平安位置相關(guān)應(yīng)用平安SeRLoc:SecureRange-IndependentLocalizationforWirelessSensorNetworks.SecureVerificationofLocationClaims.TowardsResilientGeographicRoutinginWirelessSensorNetworks.DetectingMaliciousBeaconNodesforSecureLocationDiscoveryinWirelessSensorNetworks.Attack-ResistantLocationEstimationinSensorNetworks..WSN效勞組件平安平安時(shí)間同步協(xié)議Timesynchronizationattacksinsensornetworks.Anefficientandsecureprotocolforsensornetworktimesynchronization.Securetimesynchronizationinsensornetworks.Attack-resilienttimesynchronizationforwirelesssensornetworks..WSN效勞組件平安平安數(shù)據(jù)融合平安數(shù)據(jù)聚合的目標(biāo)是盡可能地排除虛假數(shù)據(jù)對聚合值的影響。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),平安數(shù)據(jù)聚合需要在普通數(shù)據(jù)聚合的根底上引入各種平安技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的完整性、秘密性和可認(rèn)證性,甚至需要引入惡意節(jié)點(diǎn)識別機(jī)制。.傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)主要包含內(nèi)部實(shí)體之間認(rèn)證，網(wǎng)絡(luò)和用戶之間認(rèn)證和播送認(rèn)證。1)傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)體之間認(rèn)證傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)體之間能夠相互認(rèn)證的根底。內(nèi)部實(shí)體之間認(rèn)證是基于對稱密碼學(xué)的，具有共享密鑰的節(jié)點(diǎn)之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互認(rèn)證。另外、基站作為所有傳感器節(jié)點(diǎn)信賴的第三方，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以通過基站進(jìn)行相互認(rèn)證。.傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)2)傳感器網(wǎng)絡(luò)對用戶的認(rèn)證用戶為傳感器網(wǎng)絡(luò)外部的能夠使用傳感器網(wǎng)絡(luò)來收集數(shù)據(jù)的實(shí)體。當(dāng)用戶訪問傳感器網(wǎng)絡(luò)，并向傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求時(shí)，必需要通過傳感器網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證。用戶認(rèn)證存在4種方式如表3所示。.傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)直接基站請求認(rèn)證用戶請求總是開始于基站，相應(yīng)的C/S認(rèn)證協(xié)議實(shí)現(xiàn)用戶和基站之間相互認(rèn)證。成功認(rèn)證之后，基站前轉(zhuǎn)用戶請求給傳感器網(wǎng)絡(luò)。路由基站請求認(rèn)證用戶請求開始于某些傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)不能對請求進(jìn)行認(rèn)證，他們將認(rèn)證信息路由到基站，由基站來進(jìn)行用戶認(rèn)證?；緸閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)和用戶建立信任關(guān)系。

.傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)分布式本地認(rèn)證請求用戶請求由用戶通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作認(rèn)證，如假設(shè)認(rèn)證通過，這些傳感器節(jié)點(diǎn)將通知網(wǎng)絡(luò)的其他局部此請求是合法的。分布式遠(yuǎn)程請求認(rèn)證請求的合法性僅僅由網(wǎng)絡(luò)中指定的幾個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證。這些傳感器節(jié)點(diǎn)可能被分布在某些指定的位置。用戶請求認(rèn)證信息將被路由到這些節(jié)點(diǎn)。.傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證技術(shù)3)傳感器網(wǎng)絡(luò)播送認(rèn)證由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的“一對多〞和“多對一〞通信模式，播送是能量節(jié)約的主要通信方式。為了保證播送實(shí)體和消息的合法性，研究傳感器網(wǎng)絡(luò)播送認(rèn)證具有重要的意義。A.Perrig等在傳感器網(wǎng)絡(luò)平安協(xié)議SPINS中，提議μTESLA作為傳感器網(wǎng)絡(luò)播送認(rèn)證協(xié)議。基于μTESLA協(xié)議，D.Liu等提議了多層和適合于多個(gè)發(fā)送者的播送認(rèn)證協(xié)議。.內(nèi)容提要WSN平安挑戰(zhàn)WSN平安需求WSN平安威脅WSN根本平安技術(shù)WSN加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)加密技術(shù)WSN效勞組件平安總結(jié).總結(jié)WSN平安領(lǐng)域的開放問題:面向應(yīng)用的平安需求現(xiàn)實(shí)的攻擊模型跨層平安整合構(gòu)建平安傳感器網(wǎng)絡(luò)方案對于WSN平安問題，概率算法是一種較好的候選手段。它們簡明且不可預(yù)知，從某種意義上說，好似游擊戰(zhàn)。.平安技術(shù)研究熱點(diǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò)平安技術(shù)研究面臨著巨大挑戰(zhàn)。平安問題的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場景，需求的平安級別，從設(shè)計(jì)的開始就充分考慮其平安問題。事實(shí)上缺乏有效的平安機(jī)制已經(jīng)成為分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化進(jìn)程不斷推進(jìn)的主要障礙。我們在傳感器網(wǎng)絡(luò)平安方面做了一些研究，目前主要集中在以下幾個(gè)方面：研究能量高效的播送認(rèn)證協(xié)議E-μTESLA和適合于多基站傳感器網(wǎng)絡(luò)的播送認(rèn)證協(xié)議MMμTESLA協(xié)議。.平安技術(shù)研究熱點(diǎn)研究基于區(qū)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理模式；定義抵抗節(jié)點(diǎn)捕獲的彈性，并分析現(xiàn)有的密鑰管理方式的彈性，設(shè)計(jì)具有較高彈性的密鑰管理協(xié)議。提出了基于單向累加器的密鑰管理和分配模型，實(shí)現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)可證明平安的節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)認(rèn)證。研究了分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)可證明平安問題。定義傳感器網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)度和容侵度，設(shè)計(jì)具有容錯(cuò)性和容侵性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂扑惴?。利用單向散列鏈和Merkle樹，設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)訪問控制方式。研究傳感器網(wǎng)絡(luò)和Adhoc網(wǎng)絡(luò)融合；傳感器網(wǎng)絡(luò)和Internet融合問題。.平安技術(shù)研究熱點(diǎn)除了以上的研究問題，以下幾個(gè)方面也是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)：傳感器網(wǎng)絡(luò)平安體系結(jié)構(gòu)的建立：目前傳感器網(wǎng)絡(luò)平安協(xié)議都是針對某一特定場景設(shè)計(jì)的，沒有形成體系。各個(gè)協(xié)議和算法之間無法協(xié)調(diào)工作。建立統(tǒng)一、合理、有效的平安體系結(jié)構(gòu)是必要的。傳感器網(wǎng)絡(luò)平安平臺的建立：傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的數(shù)據(jù)收集平臺。建立平安傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的平安融合、存儲與訪問控制的根底。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)平安平臺整合各種平安協(xié)議，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、入侵檢測、訪問控制等平安機(jī)制能夠合理的融合在一起形成平安協(xié)議簇。.平安技術(shù)研究熱點(diǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用場景要求多個(gè)基站協(xié)同工作，并且基站是移動的。而目前傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究均是基于單基站的，并且基站是靜止的。這些研究不能夠使用多基站應(yīng)用場景。研究多個(gè)移動基站的傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由和平安問題是非常必要的。.主要參考文獻(xiàn)〔詳見原著〕[8]V.Giruka,M.Singhal,J.Royalty,andS.Varanasi,``SecurityinWirelessSensorNetworks",WirelessCommunicationsandMobileComputing,WileyInterScience,2006,No.6,pp.1-24.[11]JohnP.Walters,ZhengqiangLiang,WeisongShi,andVipinChaudhary,WirelessSensorNetworksSecurity:ASurvey,bookchapterofSecurityinDistributed,Grid,andPervasiveComputing,YangXiao(Eds.),CRCPress,2007[14]Han,SongandChang,ElizabethandGao,LiandDillon,Tharam.Taxonomyofattacksonsensornetworks.ProceedingsoftheFirstEuropeanConferenceonComputerNetworkDefense(EC2ND),Glamorgan,UK,December2005,pp.97-105[16]PerrigA,SzewczykR,WenV,CullerD,TygarJD.SPINS:securityprotocolsforsensornetworks.WirelessNetworks2002;8(5):521–534.[25]EschenauerL,GligorVD.Akey-managementschemefordistributedsensornetworks.ConferenceonComputerandCommunicationsSecurity.Proceedingsofthe9thACMConferenceonComputerandCommunicationsSecurity2002,Wa