无线传感器网络安全广播通信分析

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【摘要】本文针对无线传感器网络应用进行分析，并结合其中的广播通信的主要特点以及所存在的关键性问题进行研究，在相应安全协议设计原则基础上，推出公钥算法的全局广播通信及单向秘钥算法的局部广泛通信安全协议，以此来促使广播通信能够实现可靠性认证，并且真正具备时效性及完整性。为此做出简要论述，期望能给相关研究提供一定参考。

【关键词】无线传感器网络；安全广播通信；可靠性认证

引言

无线传感器网络最初具体使用在对环境的预报和观测方面，发展至今包含了多项技术于一体，主要有嵌入式计算技术，传感器技术以及无线通信技术等。因此可以说是一项全新的信息处理及获取的通信系统，如今更是广泛的应用在交通管制、国防军事监测以及医疗卫生等多个领域当中。不过，无线传感器网络所在部署的区域内具有明显的开放性及无线广播性的特点，因此很容易直接受到恶意的监听及攻击，所以其广播通信安全非常重要。但是，当前对于广播通信安全问题严重缺乏行之有效的解决方案，从而导致其广播通信安全成为无线传感器网络当中的关键性问题。

1无线传感器网络中广播通信的特点

在无线传感器网络当中的广播通信主要是由全局广播通信及局部广播通信两者组成，其中全局广播通信具体是指由基站点直接向网络范围内的所有传感器节点发送不同类型的命令，具体是传感器处理结果查询命令、广播式控制命令以及节点程序更新命令等等。而为了能够保障所发出的命令在整个传输过程当中的完整性，防治受到中间节点的恶意篡改，就必须要采取相应的保护措施，以此来保障所发命令的实效性及可靠性，并且这样也能够有效的防治非法攻击者重新放出所截获的命令，能够识别其冒充基站所发送的控制命令。而局部广播通信，则主要是指直接发送至相邻附近节点的广播信息，广播通信非常迅速，攻击者即便是截获广播包，也需要将广播包修改之后在发送至各个节点，但是这之前各个节点早已接收到了合法节点的广播信息，因此促使攻击者非法篡改的目地落空。所以局部广播通信能够真正有效的保障广播信息本身的实效性及可靠性。

2全局广播通信安全协议方案

2.1方案分析

全局广播通信安全协议方案是通过延迟泄漏计算MAC，采用模拟公钥算法来认证广播信息。这种方式必须要保证各个节点和基站之间的同步，并且还需要损耗一定的内存来缓存所接收的广播信息，传感节点的内存资源本身较为紧张，因此这种方式在内存空间上明显浪费。公钥算法之所以适合在全局广播通信当中进行认证主要是因为三个方面的原因：①全局广播所发送的控制命令频率较低，通常是一些比较特殊化的控制命令才会用到全局性的广播命令。②全局广播通信协议应用公钥算法，只需一条命令即可实现，因此不会出现下条命令的等待而消耗传感节点中的内存资源[1]。③公钥算法所消耗的时间及能量要比对称算法要高，不过公钥算法的能量主要还是在信息的接收及发送上消耗较多，而对称算法则是通过多条命令来实现认证，因此通过对比公钥算法能够更好的实现全局广播通信的可靠认证需求。

2.2具体方案内容

通过分析可知公钥算法是一项可选的方案，具体内容为①部署传感器网络时，需结合NTRU算法所产生的公/私钥进行核对，并以此将公钥存储在传感节点中，而私钥则存储在基站中。②基站需要发送全局广播命令时，需先计算时间戳，计算的方法任意选择。③使用私钥对计算后的摘要做好签名，以此获得全局广播信息，并最终将信息广播至各个节点。④各节点收到信息后，可直接利用公钥进行签名认证，一旦认证通过则可检查其有效性，除非认为信息合法，否则广播包将被丢弃。

3局部广播通信安全协议方案

3.1方案分析

主要是使用簇秘钥，也即是指和所以相邻节点所共享的密钥类型，在簇头和簇内节点间建立起点对点配对密钥时，在簇头方面通常会产生相应的簇密钥，这种簇密钥能够和其他节点共享配对密钥，并加密送至对方。不过，其中不是每个节点都会产生密钥链，通常是被选中为簇头的节点才会直接产生，这是由于传感器网络中，只有簇头才能产生局部广播通信，从而引发通信符合及能量消耗[2]。当簇头需要发送相应的广播信息时，采用簇密钥进行时间戳加密，只截取和分秒相关的时间，以此实现广播通信信息的加密安全。

3.2具体方案内容

具体是将认证密钥附加在需要发送的广播信息当中，当其邻近的节点接收到相关广播信息时，可实施以下操作：①采用簇密钥解密时间戳，以此进行验证，具体是根据其实际的网络环境来决定，一旦此步骤验证，即可进行下一步的操作。②计算所接受的节点是否相等，一旦相等，则可通过验证，并且需要不断更新密钥的存储。攻击者本身并不值得簇密钥，因此就不可能对相应时间戳加以修改，并且非法攻击者就算是通过其他方式获取了簇密钥，但是因为局部广播式和邻近节点直接通信的，所以传播异常迅速，攻击者根本来不及篡改，其他节点就已经成功更新了认证密钥。因此，这种方式有效的解决了其中存在的安全问题。

4结语

综上所述，公钥计算能量消耗大，速度偏慢，因此并未获得广泛的应用，大多数研究者都是将对称算法和公钥算法进行对比，并没有从多个方面进行比较。经过本文研究对比发现公钥算法是一种适合广播通信的可靠性认证方法。

参考文献

[1]程红举，黄行波.XIONGNaixue.不可靠通信环境下无线传感器网络最小能耗广播算法[J].软件学报，2014，05：1101~1112.

[2]龙昭华，龚俊，王波，秦晓焕，刘达明.无线传感器网络中分簇安全路由协议保密通信方法的能效研究[J].电子与信息学报，2015，08：2000~2006.

作者：卢新 单位：国家新闻出版广电总局564台