广播认证协议μTESLA分析与改进

由于大量的传感器节点和无线通信的广播特性,广播认证是无线传感器网络(WSN)安全技术的重要部分.在分析广播认证设计目标和H TESLA协议的基础上,对协议的广播认证范围、密钥发布间隔、Hash密钥链的再生构造等方面提出了一些改进.研究结果表明,该机制改善了μTESLA协议的性能.     

µTESLA广播认证协议优化研究

广播认证是无线传感器网络能够正常工作的重要保证.μTESLA协议凭借其低成本高效率的加密技术和认证框架,在一定程度上符合了无线传感器网络的特点和安全需求.深入研究了μTESLA协议的实现过程,并针对广播周期交界处易出现的广播数据包无法正常认证的问题,提出了"认证漂移"的概念和一种基于阈值的多重认证机制(M-μTESLA).研究结果表明,该机制有效改善了μTESLA协议的性能.     

MMμTESLA:多基站传感器网络广播认证协议

广播认证是传感器网络中极具挑战性的安全问题之一.目前提出的解决方案均是针对单基站传感器网络设计的,如μTESLA和分层μTESLA,难以满足多基站网络的需求.在μTESLA协议的基础上,文章提出了适合于多基站传感器网络的广播认证协议MMμTESLA.此协议引入门限密码的思想,将认证密钥拆分成密钥影子,并分配给各个基站.传感器节点利用基站广播的密钥影子重构认证密钥,并认证广播信息.为了抵制DoS、DoM、认证延迟和虚假消息攻击,采用周期性透露密钥影子,SIS方式和在CSDM中嵌入密钥影子映射方法,对MMμTESLA协议进行扩展,提出RDS-μTESLA、RDM-μTESLA、RAD-μTESLA和RFM-μTESLA协议.分析和验证表明MMμTESLA协议及其扩展具有高认证率、高可靠性和容忍高信道错误率的特性.     

一种新的多级μTESLA广播认证协议

广播认证是无线传感器网络中的一项重要安全服务,它能够使众多传感器节点对消息发送者的身份进行验证.本文针对多级μTESLA无线传感器广播认证协议易受拒绝服务(DOS)攻击及错误恢复时延长的缺点,提出一种新的多级μTESLA协议.协议通过使用底层密钥链认证参数包,减轻DOS攻击问题;通过使用高层密钥产生同一时间段的底层密钥链,缩短了错误恢复时延,并采用动态增加参数包缓存的方式,提高了错误恢复成功率.仿真结果表明在相同拒绝服务攻击条件下,本协议的参数包/数据包认证成功率、通信开销及错误恢复时延性能优于多级μTESLA协议及Tree-based协议,且不易受信道丢包率的影响.     

传感器节点相互协作的广播认证

针对无线传感器网络（WSN）中基于数字签名的公钥加密体制的广播认证需要耗费大量的能量,以及传感器节点资源有限的问题,为了减少传感器节点的能量耗费和加快传感器节点的认证,提出一种传感器节点相互协作的广播认证方案。首先,用户向无线传感器网络的组网络广播其签名信息,但不广播签名信息中点的纵坐标;然后,组网络中的高能量节点依据点的横坐标和椭圆曲线方程计算得出纵坐标,并将其广播给组内的一般节点,同时利用vBNN-IBS数字签名对用户广播的签名信息进行认证,并转播有效的签名信息;最后,组网络内的一般节点收到纵坐标后,利用椭圆曲线方程验证其有效性和正确性,同时执行和高能节点相同的签名认证过程,并转播有效的签名信息。此外,该方案通过整合立即撤销和自动撤销以最大限度地减小授权撤销列表（ARL）的长度。仿真实验表明,当认证节点收到来自邻居节点的数据包达到一定数目时,该方案的能量耗费和认证总时间比利用WSN中传感器节点间的相互协作来加速vBNN-IBS的签名方案分别减少了41%和66%。     

无线传感器网络中基于Merkle树的广播认证策略

在无线传感器网络中广播是一种基本的数据传输方式,因此广播认证在整个网络的安全体制中占有非常重要的地位.在利用Merkle树进行广播认证策略的基础上,提出了一种分级式的Merkle树广播认证策略,着重对其广播初始化参数的分配方法进行研究,该策略支持在网络中存在大规模广播发送节点的情况,有效的抑制了由此引起的参数认证时,节点计算量与内存消耗过度以及通信负载上升的问题.为了解决广播发送节点长生存周期与所需密钥链长度之间的矛盾,将二级μTESLA协议引入分级式的Merkle树广播认证策略,并提出了一个选择低级密钥链长度的条件式.     

基于SPINS的无线传感器网络低能耗安全路由协议

LEACH协议是一种基于分簇结构和分层技术的重要的无线传感器网络路由协议,其簇建立过程容易遭受身份伪造、laptop型攻击等。基于SPINS设计了低能耗安全路由协议,使用μTESLA思想认证广播包,借助SNEP协议为簇头和其簇成员节点分配认证密钥,节点验证簇头身份和链路可达后方可加入簇。协议实现了不同类型节点之间通信的机密性、完整性、新鲜性、身份和链路双向性认证等安全目标。基于NS2的仿真结果表明,由于基站和簇头节点承担了与安全相关的较多任务,普通节点的能耗并未明显增加。     

基于批处理验证的异构无线传感器网络认证协议

针对现有无线传感器网络基于ECC认证协议签名验证过程计算量巨大的缺陷,文章提出一种基于批处理验证的异构无线传感器网络认证协议.该协议根据传感器网络的异构特性,利用公钥签名算法ECDSA对消息进行签名,验证签名时采用联合稀疏系数方法.仿真实验表明,该协议有效地降低了批处理验证中多标量乘运算的计算量,大大提高了数字签名的验...     

基于压缩布鲁姆过滤器的WSNs广播认证协议

提出一种轻量级的可扩展的传感器网络广播认证协议,在多级μTESLA中使用了压缩布鲁姆过滤器,取代了由Merkel树实现的对多级μTESLA密钥链进行绑定的过程.该协议具有持续时间长、自愈等属性,通过在每个接收端分配适当的存储空间,极大程度减少了通信负载.并结合类似公钥加密技术(PKC)计算模式的椭圆曲线加密(ECC)算法,实现分析结果表明:该协议可以保证长期的安全性,并能减少能量消耗.     

基于分簇的无线传感器网络安全组播路由协议

针对无线传感器网络节点能量、计算和带宽有限的特点．提出一种适用于无线传感器网络的基于分簇的安全组播路由协议（CSMR）。该协议采用了HiM-TORA的树形组播寻路机制，并引入了TESLA密钥链与时间同步等安全机制，能够自动且安全地构建覆盖所有组播组成员的组播树，且在路由建立的阶段就能对成员的身份和相关的信息进行认证，有效的防止了对组播路由的各种攻击。同时分析了该协议的安全性与有效性。     

高效的分簇传感器网络广播认证方案*

广播是无线传感器网络的重要通信手段,广播消息的安全性应得到保障。在分簇传感器网络结构基础上提出了一种无线传感器网络广播认证方案,簇头节点对广播进行签名认证,簇内使用消息认证码进行消息认证,网关节点负责广播消息在簇间的传递。分析表明,与部分现有的传感器网络广播认证方案相比,该方案以较低的能耗提供了较高的安全性。     

HORSIC: An efficient one-time signature scheme for wireless sensor networks

One-time signature schemes are promising candidates for broadcast authentication, which is an essential security primitive in wireless sensor networks. This paper proposes HORSIC, an efficient one-time signature scheme for broadcast authentication in wireless sensor networks. Different from previous one-time signature schemes, HORSIC can reduce the public key size and signature size simultaneously at the cost of increased overhead in key generation and signature verification.     

WSN中一种防御广播认证中的DoS攻击策略

当将数字签名应用到广播认证时,网络很容易受到DoS( Denial of Service)攻击,比如攻击者不停地广播虚假数据包从而消耗网络的通信资源和计算资源.针对这种情况,提出一种基于弱认证和信誉等级的协议来防御此类DoS攻击.该协议针对分簇的无线传感器网络模型,利用中国剩余定理和单向函数来完成弱认证,同时还引入信誉...     

无线传感器网络中的广播认证协议

在总结广播认证协议理想属性的基础上,对现有基于数字签名技术和对称加密技术的广播认证协议优缺点进行了分析讨论,并指出其对无线传感器网络广播认证协议设计的借鉴价值。将广播认证协议中的参数初始化和密钥更新等与密钥管理相关的问题归结为认证系统的完备性问题,并指出现有技术方案在解决该问题时存在的缺陷。初步探讨了无线传感器网络广播认证协议分级安全功能支持的意义,并给出了相应的方案设计思路。     

一种基于团体的无线传感器网络服务发现协议

服务发现能力是有效应用无线传感器网络的基本要求.提出基于团体的无线传感器网络服务发现协议GSDP,根据传感器节点的运动特性将网络划分为多个团体,每个团体由一个团体头节点和多个成员节点组成.团体头节点构成一个分布式服务目录,负责处理服务注册信息和服务请求信息,避免在网络范围内产生大量的广播信息.仿真实验表明,在具有团体移动特性的传感器网络中,GSDP在保证服务发现性能的同时,能够有效地减少服务发现过程的消息开销.     

一种低功耗无线传感器网络时间同步算法

间同步对无线传感器网络的应用至关重要,为提高同步精度,多数算法都以较多的消息交换或复杂的计算为代价来达到这一目的,因而能耗较大.为减少时间同步的消息交换开销,节约节点能量,提出了一种简单低功耗时间同步算法,该算法结合了单向广播同步机制和双向成对同步机制,有效利用网络中节点的广播信息,使网络中节点单跳广播域内只有一个下层节点与之进行双向成对同步,从而达到了减少消息开销和节约能量的目的.最后通过仿真验证了该算法的性能.