关于无线传感器网络安全机制的研究

刘昕 李胜

摘要：由于无线传感网络得到了广泛应用，同时其大多数应用环境对安全性要求非常高。因此，分析无线传感网络的安全需求及其面临的安全威胁，阐述无线传感网络安全机制的主要内容具有重要的现实意义同时为提高无线传感网络安全性提供借鉴。

关键词：无线传感器网络；安全需求；机制；秘钥管理；密码算法

中图分类号：TP393 文獻标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0025-02

无线传感器网络在监测区域内部署大量的传感器节点采集网络覆盖区域内感知对象的信息，然后将处理后的数据以多跳的方式传输给汇聚节点或者基站，这种信息获取方式、信息处理模式使得无线传感器网络的研究成为国内外关注的热点研究话题。

无线传感器网络在实践中应用广泛。在军事应用方面，可以检测敌人的位置；在环境保护方面，可以定位森林火灾以及观测动物的行为；在医疗方面，传感器节点用于收集患者的生理信息数据，接下来经由中继节点将数据发送到医院的数据中心或手持设备。另外，无线传感器网络在智慧城市、工业生产、智能家居、灾害预防、灾后重建等领域也发挥着举足轻重的作用。

无线传感网络具有的开放性分布和无线广播通信的特征，然而正是这一特征决定了它存在着极大的安全隐患，容易受到各种安全威胁，为了抵御攻击和威胁，保证数据与通信的安全可靠，无线传感器网络安全需求如下。

1无线传感器网络安全需求

1.1机密性

当攻击者攻陷了一个传感器网络，相邻传感器网络不互相泄露数据，保证泄露信息所造成的影响控制在一个尽可能小的范围内。同时，为了防止攻击者截取数据，还应对数据进行加密处理。

1.2完整性与可靠性

无线传感网络中的数据信息在无线传输过程中有可能被篡改，为此需要保证数据具有完整性与可靠性，即数据的接收端接收的数据与发送端发送的源数据是一致的，或者当数据传输过程中发生数据篡改事件，也能够监测出数据的变化。

1.3健壮性

由于无线传感器网络是一种分布式的传感网络，网络设置很灵活，其末梢的传感器位置可能随时改变，因此网络节点容易失效，从而导致网络拓扑结构经常发生变化，无线传感网络的健壮性就是指在网络拓扑结构发生变化时避免发生网络危险情况或者瘫痪情况。

1.4新鲜性

无线传感网络中采集的数据都是实时的，而且数据量非常庞大，同时由于无线传感网络中的数据传输具有丢失和延迟等现象，这使得网络中有重传数据。保证数据的新鲜性是防止在数据中重放攻击。

2 无线传感器网络的安全机制

一个应用无线传感网络的系统，能否成功推广，其安全性是关键，特别是对于那些需要传输和存储敏感数据的应用系统而言。因此安全机制的现状需要引起高度重视。无线传感网络的安全机制主要包括以下几方面的内容。

2.1数据加密

数据加密技术是保障数据机密性的重要技术手段。由于无线传感网络节点能源有限、计算能力低、存储资源局限等特点，使得传统意义下的加密算法不能直接应用于无线传感网络。加密算法分为对称加密和非对称加密，考虑到节省传感器网络的能量开销和为整个网络基本性能保障， 应尽量要采用轻量级的对称加密算法。

2.2密钥管理

密钥管理无论对于传统网络还是无线传感器网络，它的重要性都是不言而喻的。通常需要使用密钥管理服务来保护无线传感器网络中的控制信息和数据信息。根据所使用的密码体质，密钥管理分为可分为对称密钥管理和非对称秘钥管理。在对称密钥管理方面，通信双方使用相同的秘钥和加密算法对数据进行加密、解密，这种秘钥算法比较适用于无线传感器网络，是目前应用于无线传感器网络秘钥管理的主流研究方向。

2.3入侵检测

入侵检测是一种积极主动的防御技术，首先从某些主机或某段网络的关键点上采集数据进行分析，从而发现违反安全策略的行为和攻击现象。入侵检测分为很多种类型，如异常检测技术、 误用检测技术、高级检测技术、入侵诱骗技术、入侵响应技术等，应用于无线传感网络中的入侵检测体系结构有，分布式体系结构和层次体系结构。

2.4安全数据处理

根据无线传感器网络使用的电池供电能量有限的特点，各种安全机制的设定都要紧紧围绕低能耗。由于无线数据的通信耗能是最大的，考虑如何减少数据包在网内的传输非常重要。无线传感器网络中各种传感装置收集节点的源数据后，一般情况下需要经过网内数据融合处理后再发送给基站，从而大大减少数据在网内的传输量，进而降低通信带宽占用率，降低传输节点能量损耗，延长网络生命周期。只是在数据处理过程中，会导致数据准确性降低、数据延迟和数据容错性降低等不利因素，从而使融合后数据的正确性受到影响，还会存在安全威胁。因此如何设计高效而安全的数据融合算法，同时在数据准确率、延迟、容错和安全性之间选择好平衡点成为无线传感器网络安全机制中的一个挑战。

3 结论

无线传感器网络具有广阔的应用前景和发展空间，这在客观上促进了无线传感器网络安全机制的研究。无线传感器网络的开放性分布和无线广播通信等特征决定了它存在着安全隐患，为了达到其安全需求，同时针对无线传感器网络局限性问题改进现有的安全机制以更好地满足无线传感器网络的通信安全，是未来努力的方向。

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【通联编辑：王力】