无线传感器网络中密钥的动态连续性问题研究

如果用同一份秘密信息同时建立的对密钥和组密钥能随着网络的动态扩张和时间的推移而动态更新，这样的性质即为密钥的动态连续性。它是保证动态无线传感器网络安全性和可靠性的重要问题,也是完善无线传感器网络密钥管理机制不可缺少的一部分。但是目前所提出的密钥管理协议并没有注意到密钥的安全性该怎么随着节点的动态变化和时间的推移而延续的问题。本项目将依据网络编码和密钥矩阵相结合可以优化网络的安全性和可靠性的特点研究密钥的动态连续性问题。它包括不同部署阶段、不同通信簇中的节点的密钥连续性等。我们将从无线传感器网络的动态可扩展密钥矩阵的构造算法、动态密钥更新信息分配模型、结合网络编码优化算法的密钥预分配协议等多个方面研究解决密钥的动态连续性的方法。还从密钥连通性、抗毁性和可扩展性等方面对其性能进行刻画。本项目同时与信息编码论、矩阵理论、应用密码学、概率论和图论等多个学科交叉融合，故具有极大的理论价值和现实意义。

本项目通过可扩展的密钥矩阵、DNA编码、密钥协商和自愈性组密钥等不同密钥建立方式对不同部署阶段、不同通信簇中的传感器节点间密钥的连续性进行研究 ，提出了一系列适合传感器网络保持密钥动态连续性的方法：（1）提出了动态可扩展的密钥矩阵并在此基础上提出了协商式的组密钥协商方案；（2）提出了在有消息丢失的情况下带验证和撤销性质的组密钥自愈方案；（3）提出了基于二次剩余的组密钥建立与更新机制。（4）为了拓展信息编码理论在提高网络可靠性方面的思路，我们还对无线网络存在的攻击和DNA编码的序列设计及其在无线网络中的应用进行了研究。（5）在已有传感器密钥动态扩展机制的基础上，基于(k, n) 门限机制的密钥更新方法提出了无线MESH及传感器网络中自适应的密钥机制建立方法；使得无线传感器网络作为物联网的感知末梢网络，其中的密钥安全性及其延续网络的密钥安全性也能得到保证。这也正是我们无线传感器网络中密钥的动态连续性在物联网中的重要应用之一，从而使我们项目的研究成果能直接应用到物联网领域中。上述结果解决了我们提出无线传感器网络中密钥的动态连续性的问题，为无线传感器网络在其他领域的应用提供安全性的保障。