無線傳感器網絡的安全研究

劉慶俞 王琨 任威

摘 要：現如今整個社會已經進入了網絡信息化時代，由于處于這個網絡信息化時代，所以無線通信技術以及電子器件技術也得到了相當快速的發展。文章研究了無線傳感器網絡的安全。更多的低成本、低能耗以及多樣功能的無線傳感器，得到了越來越廣泛的開發和應用，在未來的發展中，高性能、高效的無線傳感器將會成為一種趨勢。根據實際的情況分析研究發現，無線傳感器網絡的安全是絕大部分用戶都比較重視的一個環節，并且在大多數的應用環境中對其安全能力都有著較高的要求。所以，制約無線傳感器網絡廣泛應用的關鍵就在于其安全問題是否得到有效保障。

關鍵詞：網絡；無線傳感器；安全

根據相關資料顯示，無線傳感器網絡的發展，是伴隨著信息產業的發展而來的，并且同時也是信息產業相結合的產物。從近些年的發展情況看來，無線通信技術和電子器件技術的快速崛起，成為無線傳感器開發應用的前提條件。需要了解的是，無線網絡傳感器的組成要素主要包括傳感器部件、數據整理部件以及通信組件等。正是這些組件共同形成了無線傳感器網絡，所以，必須要切實實現無線傳感器網絡的安全[1]。

1 無線傳感器和無線傳感器網絡的概念

一般來說，無線傳感器網絡的運營是需要配置大規模的傳感器的，這樣可以十分有效地降低成本，分析無線傳感器的本質可知，無線傳感器非常容易受到資源受限問題的困擾，無線傳感器的傳感器節點通常情況下只有幾十兆赫茲的處理能力，在存儲空間上大約也只有十幾千字節，并且寬帶也非常的有限。另一方面，在無線傳感器的運用過程中，在某些應用環境中，無線傳感器節點根本不能展開較好的沉淀，而且傳感器節點自身所具備的電能也是很有限制的，這樣一來，能量資源也就成了傳感器網絡應用較為突出的限制因素。

無線傳感器網絡，其節點往往是被隨意分布在被監測的區域之中，并且節點還以自組織形式構成了網絡，這種形式會給無線傳感器網絡的安全運行帶來一定程度上的影響。正是因為如此，無線傳感器網絡的這些特點將會對無線傳感器網絡的安全性能提出更高的要求，在這樣的要求背景之下，勢必會使得無線傳感器網絡的安全機制和安全協議較難應用到無線傳感器網絡之上，種種的限制因素，最終就導致了無線傳感器網絡的安全機制成了一個頗具難度的技術性工作，有關人士必須要切實展開分析研究，力求解決好無線傳感器網絡的安全問題[2]。

2 無線傳感器網絡的安全機制以及網絡協議棧問題

根據相關資料的研究發現，無線網絡傳感器的網絡協議棧一般是由物理層、鏈路層、網絡層、傳輸層以及應用層組成的。這些組成要素在無線網絡傳感器網絡運行過程中，各自具有各自的安全性能。物理層的作用主要就是保障各種數據的傳輸、加密工作。鏈路層主要針對的是無線網絡傳感器網絡通信資源的分配以及網絡基礎結構的構建問題。網絡層當中一般應用路由協議，并且在無線傳感器網絡當中，路由協議的種類是很多的。但是在路由協議運行過程中，絕大多數的路由協議并沒有切實考慮到相應的安全需求，這樣一來，這些路由協議也就在很大概率上容易受到攻擊，進而整個無線傳感器的網絡難免會出現較多的崩潰問題。無線網絡的構成在很大程度上，都是將路由技術作為其關鍵技術的，因此，路由技術的安全性應當得到相應的重視，毫不夸張地說，路由協議的安全性能或多或少地影響著整個無線傳感器網絡的安全問題[3]。

針對數據傳輸層來說，目前情況下，無線傳感器網絡在大多數的應用過程中，并沒有產生較大的影響，這就說明了這個部分的重視程度不及其他部位。除了路由協議需要加大重視以外，應用層的安全問題也應當加大重視，應用層為無線傳感器網絡的各種實際應用提供了前提條件，所以其受到的安全問題也是多種多樣的。在這個部分，密鑰管理以及安全組播是整個無線傳感器網絡安全機制的重要基礎性條件，因此，相關人士必須要對其展開詳細的分析。

3 無線傳感器網絡安全研究的技術特點

3.1 大規模

有關行業人士應當清楚明白的是，在無線傳感器網絡的大規模技術特性當中，這個大規模往往包含著傳感器節點數量大和分布范圍較為廣泛的特點。無線傳感器網絡技術中的傳感器節點，在整體上顯得較為密集，而且數量相當巨大，這個數量很可能包括幾百甚至幾千的，又或者是更多的情況。另一個層面，無線傳感器網絡的分布，是可以在廣泛的地理區域展開分布的，并且整個節點的數量和用戶數量進行比較可知，無線網絡傳感器節點的數量基本與用戶數量持平，也呈現著較大的規模性。因為無線傳感器網絡技術的大規模特點，從而使得無線傳感器網絡的相關維護工作較難得到有效的開展，具有一定的困難性，更為嚴重的是，某些時候還不能展開相應的維護工作。總之，因為無線傳感器網絡具有大規模的特性，這樣也就決定了無線傳感器網絡安全技術當中的軟硬件必須要具有較高的容錯性。值得注意的是，無線傳感器網絡技術大規模的特性，使得無線傳感器在空間上具有開放性，這種開放性所帶來的問題是，很多網絡安全攻擊者較容易對有關信息內容展開損壞盜取，這樣也就使得無線傳感器網絡的安全受到了極大的威脅，相關人員必須要對此加大研究力度，力求科學地處理這個問題。

3.2 實際應用

無線傳感器網絡安全技術的實際應用具有很多較為鮮明的特點。無線傳感器網絡完全技術具有較強的動態性特點，網絡中的拓撲結構很有可能會因為無線傳感器的相應節點而發生失效等改變，這種不穩定性的動態性特點將會使得路由和密鑰管理變得較為困難。所以，有關行業人士在處理這種問題的時候，首先在設置上就應當要求無線傳感器網絡能夠切實地實現這種變化，進而使得無線傳感器網絡能夠具備一定的可重構性以及自我調整性。

無線傳感器網絡安全技術的自組織網絡以及感知數據流量巨大的技術特點，首先對自組織網絡技術進行分析，通常來說，單個傳感器節點的通信能力是很有限的，因此，無線傳感器網絡的安全性能也應當通過自組織網絡進行調節，其主要的方式是通過多跳中繼的方式，這樣一來才能將感知信息傳送給用戶，無線傳感器網絡的安全性才能得到一定程度上的保障。因為無線傳感器網絡技術具有這樣的動態性特征，因此，無線傳感器網絡的自組織性必須要適應網絡拓撲結構的動態變化。

其次便是感知數據流巨大的問題。無線傳感器網絡當中的各個傳感器節點都往往產生著較大的流式數據，這種流式數據還具有一定的實時性。各個傳感器的節點往往具有一定的有限計算資源，從而當面臨著巨大的實時數據流時，這種問題往往較為難以得到處理。這也就從側面上要求了無線傳感器網絡安全技術，應當具有強有力的分布式數據管理、挖掘的方式。

3.3 加密特點

無線傳感器網絡安全技術是具有一定的機密特性的，因此也就決定著無線傳感器網絡安全技術具有一定的加密特性。加密對于無線傳感器網絡安全來說是相當重要的，并且其是一種最為基本的安全機制，通過相應的加密密鑰將傳感器節點間的通信消息轉化成相應的密文，之后再對密文進行一定的識別。在加密技術當中，有一種被稱為“對稱密鑰密碼算法”的技術，它主要包含著具有密鑰相同算法的加密密鑰和解密密鑰，而“不對稱加密密鑰”的相應內容與此相反。

在對稱密鑰密碼系統當中，要求保密通信雙方事先就應有一個共享的密鑰，因此這個密鑰被稱之為單鑰密碼系統。單鑰密碼系統這種算法也被分成了分組密碼算法和流密碼算法兩種算法方式。但是在不對稱密鑰密碼系統當中，每個用戶僅僅擁有兩種密鑰，具體來說就是公開密鑰和秘密密鑰，公開密鑰可以對所有人進行公開，而秘密密鑰則只是用戶自身可以知曉，這樣的分類，對于無線傳感器網絡安全的性能保護，是較為周全的。

3.4 身份認證技術

身份認證技術的特點主要作用是，通過了解通信雙方擁有什么以及知道什么來確定通信的雙方是否合法，這就從側面上保證了無線傳感器的安全性能。身份認證技術當中的密碼技術，一直都是起著至關重要的作用的。根據相關研究發現，如果所用密碼的體制是不同的，主要分為兩種類型，這兩種類型主要是對稱密鑰技術的身份認證以及源于公開密鑰的身份認證，這兩種身份認證都會在絕大多數情況下，切實維護好無線傳感器網絡的安全。

4 結語

文章從無線傳感器網絡安全的整體上著手分析，之后再對相關的安全機制以及網絡協議展開討論，最后著重分析了無線傳感器網絡安全的技術特點，這些都是為了能夠有效保障無線傳感器網絡安全而進行分析的。總而言之，有關行業人士必須要對此展開科學的研究討論，從而真正有效帶動無線傳感器網絡的安全發展。