基于逻辑密钥树的无线传感网络密钥管理方案

韩司 郑宝昆 曹奇敏

摘 要：针对层次型无线传感网络（HSN）中的安全通信问题，提出了一种基于逻辑密钥树（LKH++）的组密钥管理方案——WLKH++。针对无线传感器节点的低配置特点，首先，对LKH++树的组密钥初始化计算方法进行修改，降低传感器节点的计算消耗;其次，对LKH++的组密钥持有方式进行改进，减少传感节点的存储消耗;最后，提出适用于簇头节点的动态密钥更新方法，在降低通信消耗的基础上增强簇头节点的抗捕获能力，提高无线通信网络的安全性。性能分析和仿真实验结果表明，WLKH++在保证低计算、存储和通信消耗的基础上，进一步提高了网络安全性。

关键词：层次型无线传感网络;组播密钥;无线传感网络;密钥树;密钥管理

中图分类号：TP309.2

文献标志码：A

Abstract： Aiming at the security communication problem of Heterogeneous Sensor Network （HSN）， a secure group key management scheme WLKH++ was proposed based on LKH++ tree. Firstly， as the wireless sensor nodes with low configuration， the initialization method for group key of LKH++ tree was modified to reduce the computationol overhead on each sensor node. Then， the holding way of keys were improved to reduce the storage overhead on each sensor node. Finally， a dynamic key updating method suitable for cluster head nodes was proposed to enhance the ability against node capture of the cluster head nodes based on low communication overhead， improving the security of communication of Wireless Sensor Network （WSN）. Performance analysis and simulation results show that WLKH++ improves the WSN security with low computation， storage and communication overhead.

英文关键词Key words： Heterogeneous Sensor Network （HSN）; group key; Wireless Sensor Network （WSN）; key tree; key management

0 引言

目前，无线传感网络（Wireless Sensor Network， WSN）[1]广泛应用于军事、环境监测、农业、医疗卫生、智能交通和空间探测等领域，但是传感器节点往往部署在无人触及、容易受损或被俘虏的环境中，网络和通信链路处于不受保护的开放状态，因此，节点间通信必须依赖保密传输、身份認证、消息验证等技术来提供安全。由于WSN是由大量体积小、低成本、低功耗、低容量的微型传感节点通过自组织方式构成的测控网络，导致现有成熟的安全算法、机制和协议不能直接移植到WSN中，新的密钥协商问题已成为WSN研究的重点和热点。

以往的研究工作主要围绕平面型传感网络（Homogeneous Sensor Network， FSN）中的安全问题展开[2]。FSN是一个大规模的自组织同构网，网络节点多并且性能单一，节点在存储、通信、计算和供电4个模块上的配置相同。……