无线传感器网络中的广播认证技术研究

由于无线传感器网络（WSN）中大量节点的存在和无线通信的广播特性，使得广播通信在WSN中占据非常重要的地位，其安全性直接关系着整个网络的安全。认证是一个实用WSN所需的基本安全服务之一，它包括点对点的认证和广播认证，本项目主要针对其中的广播认证进行研究，寄希望于达到如下目标：在三年时间内,设计、分析和实现一些可用于WSN广播认证技术的基本密码组件；在前人已有工作基础上，结合目前一些比较成熟的技术，分别设计适合不同模型WSN的单点和多点广播认证方案，并通过理论分析和仿真试验的手段评价和比较所设计方案的性能。.在前期研究中，已在SCI核心版源刊IEEE Communications Letters上发表一个基于正交原理的单点广播认证方案，在IEEE Transactions on Consumer Electronics上发表一个单点认证广播方案的分析结果，并实现了一套基于椭圆曲线的密码算法。

无线传感器网络（WSN）实现了信息的采集、处理和传输三种功能，它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。由于组成WSN的传感器节点在电源能量、通信能力、计算和存储能力方面都非常有限，故其安全问题的研究与传统网络研究方法不同。本项目研究WSN中的广播认证技术，它是WSN所需的基本安全服务之一，也是WSN安全研究领域的热点和难点。本项目研究内容主要分为两块，一块是研究可用于WSN广播认证技术的基本密码组件，另一块是研究高效、安全的广播认证方案。经过三年的研究，发表论文18篇（含录用1篇），其中标注受本项目资助的论文17篇（含SCI检索论文7篇，EI检索论文16篇）。在第一块研究内容中，我们提出了一个多域多接收者的身份基加密方案，一个标准安全模型下的多解密者加密方案，在无证书环境下我们研究了代理签名的构造、多代理签名的密码分析、分层次签名的构造等。在第二块研究内容中，我们第一次提出了完全基于对称密码体制的可动态增加用户的多用户广播认证方案，并通过结合时间同步和中国剩余定理实现双重认证方式构造了另一个广播认证方案。我们研究了车载网（可看作是WSN在道路上的应用）中的安全性问题，包括身份基的批验证方案、隐私保护、密钥管理等。在认证密钥协商方面，我们提出了可证安全的单向两方无证书的认证密钥协商协议、可证安全的无证书认证非对称群密钥协商协议、无托管的非对称群密钥协商协议和标准模型下的最优身份基公平交换协议等。除上述两块主要研究内容之外，本项目在图编码和云计算安全方面做了一些工作：通过将循环分量码构造的图码看作是仿射簇码，并用一些特殊射影几何的点线关联图作为构造图码的图，发现了一些最优二元码，并可以用Gröbner基理论准确的描述这些码；考虑了如何有效安全的在密文上进行检索，如何让数据拥有者能够赋予其他用户检索的权限的问题。基于公钥密文检索以及属性基加密，我们提出了两个基于属性的关键字检索并且支持密文访问控制的方案。该方案允许数据拥有者高效地控制数据的访问权限，并且能将检索权限赋予其他对其密文数据感兴趣的用户。最后，项目的参与者博士生胡晓瑞和硕士生朱恺捷在本项目的部分资助下均于2012年7月顺利毕业。