《物联网工程导论》项目九 物联网安全技术 教学课件.pptVIP

03知识链接1、密码学及其在物联网中的应用研究在密码学中，变换之前的原始信息成为明文（plaintext），变换之后的信息，看起来像是无意义的乱码，成为密文（ciphertext）。加密（encryption）就是把明文伪装成密文的过程，解密（decryption）就是把密文还原为明文的过程经典密码体制（或称古典密码体制）采用手工或者机械操作实现加解密，主要包括变换和置换（transpositionandsubstitutionciphers）两种古典数据编码方法，是组成简单密码的基础。变换密码是将明文字母互相换位，明文的字母保持相同，但顺序被打乱了。置换密码就是明文中每一个字符被替换成密文中的另外一个字符，代替后的各字母保持原来位置。对密文进行逆替换就可恢复出明文。现代密码技术的主要是指用电子技术、计算机技术等实现，最重要的原则之一是“一切秘密寓于密钥之中”，也就是说算法和其他所有参数都是可以公开的，只有密钥匙必威体育官网网址的。加密完成后，只有知道密钥的人才能正确解密。密钥的传递必须通过安全的信道进行。03知识链接WSN密钥管理方式可分为对称密钥加密和非对称密钥加密两种。对称密钥加密的特征是通信双方必须事先共享一个密匙，发送方使用这个密钥进行加密，接收方也使用这个密钥进行解密，如图9-11所示。这种密钥加密技术的密钥长度不长，计算、通信和存储开销相对较小，比较适用于WSN，因而是WSN密钥管理的主流方式。而非对称密钥加密是指节点使用不同的加密和解密密钥，即公钥和私钥。公钥用于加密，对所有人公开，而只有用户自己知道用于解密的私钥，如图9-12所示。由于对节点的计算、存储、通信等能力要求较高，一直以来被认为不适用于WSN。但是，近期研究表明，非对称密钥加密在优化后能适用于WSN。从信息安全的角度考虑，非对称密钥体制的安全性一定会远远高于对称密钥体制。基于对称密钥的管理系统，从分配方式上也可分为三类：基于密钥分配中心方式、预分配方式和基于分组分簇方式。非对称密钥系统典型算法为基于身份标识的加密算法（IBE）。03知识链接2、无线传感器网络密钥管理密码技术是网络安全构架十分重要的部分，而密钥是密码技术的核心内容。密钥管理是传感器网络的安全基础。所有节点共享一个主密钥方式不能够满足传感器网络的安全需求，而要用分散的密匙管理技术。。目前有许多传感器网络密钥管理方式：（1）预共享密钥模式①每对节点之间共享一对密钥。这种方式保证每个节点之间的通信都可以直接使用这个预共享密钥衍生出来的密钥进行加密。该模式要求每个节点都存放与其他所有节点的共享密钥。这种模式的优点：不依赖于基站、计算复杂度低、引导成功率为100%；网络中任何节点被威胁均不会泄漏其他链路密钥。缺点：扩展性不好、无法加入新的节点，网络免疫力很低，支持网络规模小。每个传感器节点都必须存储与其他所有节点共享的密钥，消耗的存储资源大。②每个普通节点与基站之间共享一对密钥。这种方式每个节点需要存储的密钥量小，计算和存储压力集中在基站。该模式的优点：计算复杂度低，对普通节点资源和计算能力要求不高；引导成功率高；可以支持大规模的传感器网络；基站能够识别异常节点，并及时的将其排除在网络之外。缺点：过分依赖基站，如果节点被俘后，会暴露与基站的共享密钥，而基站被俘，则整个网络被攻破。03知识链接（2）随机密钥预分配模式随机密钥预分配模型中，所有节点均从一个大的密钥池中随机选取若干个密钥组成密钥链，密钥链之间拥有相同密钥的相邻节点能够建立安全通道。基本随机密钥预分配模式由3个阶段组成：①密钥预分配、密钥共享发现和路径密钥建立。密钥预分配阶段：首先产生一个大的密钥池G和密钥标识；然后随机抽取不重复的k个密钥组成密钥链；最后把不同的密钥链装载到不同传感器节点。②共享密钥发现阶段：在预分配阶段后，每个节点都要发现周围与其有共享密钥的节点，仅仅存在共享密钥的节点之间才被认为是连接的。③路径密钥建立阶段：在两个节点之间没有共享密钥的情况下，通过存在共享密钥的路径来建立链路密钥。（3）使用部署信息的密钥预分配模式使用部署信息的密钥预分配模式是对基本密钥预分配模式的扩展，将传感器节点部署的相关信息应用到密钥预分配模型中，减少密钥预分配的盲目性，以增加节点之间共享密钥的概率和网络连通性。03知识链接传感器网络安全路由的设计难点与传统网络不同，这主要是由无线传感网络自身的特点决定的：（1）节点资源高度受限。为了降低网络部署成本，传感节点在计算能力、存储空间、通信能力（包括通信带宽和通信范围）特别是电池寿命方面受到很大的约束，从而制约了在传感节点所能采取的加密、解密以及认证措施并引入了传统安全机制的适用性问题。