一种有效的无线传感器网络密钥管理方案

余旺科 马文平 陈和风 高 胜

(1西安电子科技大学计算机网络和信息安全教育部重点实验室，西安 710071)

(2绍兴文理学院数学系，绍兴 312000)

无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)是由大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统［1-2］.在国内外关于WSN密钥协议的研究中，绝大部分WSN密钥管理方案都采用对称加密算法［3-4］.但是，最近的研究工作表明，基于椭圆曲线密码体制(ECC)可在无线传感器节点上快速运行［5］.2007年，巴西UNICAMP大学的研究人员在TinyECC基础上，首次在8-bit/7.382 8 MHz ATmega128L的无线传感器节点上实现了Tate对，即TinyTate［6］开辟了WSN上基于双线性对的研究工作.将基于双线性对的加密算法应用于WSN成为业界的研究热点［7］.利用身份公钥体制(IBE)可有效提高传感节点的密钥管理效率［8］，由于其带宽和效率的优势而备受瞩目.另外，还有其他更多密钥管理方案可以参考有关WSN安全问题的综述［9］.

由于现有的大部分密钥管理方案都采用对称加密算法，因此WSN在安全方面并不是很理想.本文采用ECC的双线性对加密技术，提出了一种有效的WSN密钥管理方案，简称为EKG.WSN只在节点之间需要通信时才建立配对密钥，整个网络仅需较少的配对密钥，就能够保障WSN的安全性.

1 密码理论与网络模型

1.1 双线性对

假设G1为一个循环加法群，其生成元为P，G2为一个循环乘法群.令q为素数，并且G1和G2的阶均为q.如果G1和G2这2个群中的离散对数问题都是困难问题，则令e:G1×G1→G2为满足下列性质的双线性对［10］:

1)双线性 e(aP，bQ)=e(P，Q)ab，对所有P，Q∈G1和所有的a，b∈Z*q.

2)非退化性……