无线传感器网络动态混合密钥管理提升安全

本文主要探讨了无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）的动态混合密钥管理方案，针对WSN在多跳传输和资源受限的环境下面临的诸多安全威胁。WSN因其自组织、自愈和无需人工维护的特性，在军事、环境监测、交通管理以及商业等领域得到广泛应用，但这也使得其易受恶意节点攻击，如数据破坏、丢失和篡改，因此确保其安全性显得尤为重要。 在密钥管理方面，传统复杂的机制难以直接适应WSN的需求。文章引用Eschenauer和Gligor提出的基于随机密钥预先分配的基本方案，该方案通过控制节点间共享密钥的概率来应对节点被捕获的情况，可以实现密钥链的动态撤销和更新。然而，这一方案存在平衡网络连通性和安全性的挑战，且在初始密钥池设置上可能存在局限性。 针对这些问题，本文提出了一种基于分簇结构的动态混合密钥管理方案，称为DHKM（Dynamic Hybrid Key Management）。DHKM方案通过簇头生成子密钥矩阵，并利用动态基密钥为每个成员节点分配独特的单向通信密钥。相邻簇头的子密钥矩阵重叠部分作为生成对密钥的基础，增加了密钥的灵活性和安全性。 核心创新点在于，当簇头剩余能量低于预设阈值或节点被非法捕获时，可以通过更换簇头并动态生成新的子密钥矩阵，实现密钥的周期性更新。这种方法有效应对了WSN节点资源受限和易受攻击的问题，提高了网络的安全性和健壮性。 本文的研究为解决无线传感器网络的安全挑战提供了一种创新的解决方案，旨在通过动态混合密钥管理策略，增强网络对抗外部威胁的能力，确保数据在传输过程中的机密性、完整性和安全性。