無線傳感器網絡傳輸加密機制

包榮鑫 溫靖程 黎子熠 張思萌

【摘要】 隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器的日益成熟，微機電系統和片上系統等的快速發展，無線傳感器網絡應運而生，它融合了上述幾種技術的技術特點，正以其低功耗、低成本、分布式和自組織等特點帶來一場信息感知的變革。

如何在節點計算速度、電源能量、通信能力和存儲數據有限的情況下設置安全機制，提供機密性保護和身份認證功能，防止各種惡意攻擊，為傳感器網絡提供一個安全的工作環境，是關乎無線傳感器網絡能否廣泛應用于各行各業的關鍵。

【關鍵詞】 無線傳感器網絡 傳輸加密

傳輸加密

加密算法使用對稱密鑰，采用密鑰預存機制，通過算法迭代生成n代的子密鑰，加密和解密算法使用加法、位運算、循環3種操作實現。 在每個節點中預先存儲一個32位原始密鑰K，32位安全憑證S，迭代次數t，隨機步長數C。為了防止節點被俘而造成密鑰流失，原始密鑰經過加密以后存儲在節點中。

同時，終端的計算機中保留整個網絡節點的原始密鑰；S在網絡認證過程中從Sink節點接受；t每次迭代后數量加1，加密過程結束后歸零；C由隨機數發生器產生。加密過程進行8次，產生8個子密鑰。

過程中使用的符號中，+/- 為模32加法和減法，<<< / >>> 為循環左移和循環右移，⊕為異或。 子密鑰生成過程：

每個節點根據子密鑰生成算法產生子密鑰，見公式2-1-1

為迭代i次得到的密鑰，為第i-1次得到的密鑰，為實際用于加密的密鑰，S為在網絡認證過程中接受的安全憑證，C為步長偏移量。每次加密通過偏移、異或得到，在經過偏移將保護起來。加密時輸入t和c，輸出得到和t，過程中不存儲。

加密算法過程：

輸入64位明文M，通過加密算法產生64位密文，見公式2-1-2

將明文M分成兩個長度為32位的字段，分別存在和中。

直接由上一次的左半部分得到；通過異或，相加和循環得到。加密時輸入M和c，輸出X和c。

經過8次加密以后得到和，將兩部分組合成密文X連通c發送出去。首先通過算法強行發送數據為64的整數倍，然后以64為基準劃分部分，經加密后發送給Sink節點。

解密過程與加密過程相反，見公式2-1-3

Sink節點首先對自己保留的節點原始密碼按照子密鑰生成算法進行迭代，得到的子密鑰組，然后將密文分成兩部分。

該算法是建立在應經建立的可靠認證的網絡基礎之上，設計上比已有的DES、RC5等算法更為簡單，更易實現；網絡的加密算法采用了密鑰預存技術，在節點和Sink節點中預先存有被保密過的密鑰，在生成子密鑰的同時與受到的安全憑證相融合，在數據傳輸時不會密鑰不會在網絡上泄漏；在節點加密時，由于加入了步長設計，使得節點可以不用保存生成的子密鑰，即使節點被俘，也不會造成密鑰泄露。同時，不存儲子密鑰的中間過程節省了存儲資源，降低了存儲開銷。當然，從實際效果來看，采用隨機步長的機制比固定模式加密更為可靠。